Pedal para Talk Back

Esse tópico já tem 7 meses, mas como o assunto é importante, achei por bem responder.
A esta altura o Antonio já deve ter dado os pulos dele, mas vou colocar aqui uma ~~breve~~* explicação que pode ajudar a mais alguém.

Peço perdão pelas imagens um tanto grandes, mas o BBCode usado por esta versão antiga do SMF não permite redimensionamento direto na tag, e eu não tenho como tratar e hospedar em outro lugar. Também peço perdão em dividir o artigo em várias postagens, pois o SMF só permite 20 mil caracteres por postagem.

* Acabou não ficando assim tão breve, mas recomendo a paciência e a leitura - não por ser texto meu, mas porque todas as informações abaixo, retiradas da literatura técnica e da minha experiência em sonorização, acredito serem cruciais tanto para resolver o problema do Antonio quanto para que todos saibam um pouco mais sobre microfones e sobre o porque de chaves DPDT e 3PDT serem tão barulhentas - qualquer chave, na verdade, dependendo do circuito.

Antes de começar, uma dúvida

Antonio, como você está ligando o pedal de talkback?
Imagino que seja assim:

Microfone na entrada
Saída normalmente ligada, em um canal da mesa (PA+retorno)
Saída momentânea, em outro canal da mesa (só retorno)

É isso?
Para a explicação a seguir, eu estou assumindo que é isso, mas se não for, por favor, nos esclareça.
Obrigado.

Seguindo...

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Sobre microfones

A. Com fio

Um microfone comum, dinâmico, é o mais comum de se ver nas mãos e bocas de cantores em shows de música popular. Talvez o mais famoso desses microfones seja o Shure SM58. Mesmo sendo bem antigo (foi lançado em 1966, e é baseado no 565 que começou a ser fabricado em 1939!!!!) o Shure SM58 ainda é a referência para som de palco. Robusto, é quase indestrutível (basta ver os abusos que o Roger Daltrey, vocalista do The Who, infligia ao pobre transdutor...). Mas há outros microfones dinâmicos que fazem bonito também, de hoje e de antigamente, como o atual Sennheiser E945, o Sennheiser MD409 que pode ser visto em ação no filme Pink Floyd Live at Pompeii, de 1970 (e que está para ser relançado - o filme, não o microfone - nos cinemas. Recomendo!), o AKG D190 (também dos anos 70, cuja versão moderna é o D5) e até mesmo o manjado Shure SM57, que todos aqui conhecem como o "coringa" pra gravar e sonorizar, no palco, guitarras (e que também é dos nos 60).

O venerável Shure Sm58 (fonte: Wikipedia)

Todo microfone, de quaquer tipo, costuma ter, internamente, uma estrutura formada por várias pecinhas chamada de cápsula (em inglês, cartdrige ou mesmo capsule - já vi escrito dos dois jeitos). O microfone do tipo dinâmico possui, pois, uma cápsula dinâmica (obviamente), que é, para todos os fins, basicamente um alto-falante ligado ao contrário. Tem tudo o que um alto-falante possui: um diafragma (que entra no lugar do cone), uma suspensão pra segurar isso no ar, um ímã fixo e (muito importante) uma bobina móvel. A suspensão permite que o diafragma fique preso no chassi da cápsula mas possa vibrar livremente quando recebe um som - da mesma forma que a suspensão do automóvel permite a roda acompanhar o relevo do terreno enquanto o restante do carro quase não sente as pancadas, mas ainda mantendo a roda presa ao carro.

Ilustração mostrando fisicamente o diafragma, o íma fixo e a bobina móvel de um SM58. Observe que, da bobina, saem apenas dois fios. Esses fios serão ligados a um transformador, para transformar "dois em três" e ter saída balanceada. (Fonte: Goshen Swara Indonesia)

O diafragma está firmemente colado a uma bobina com algumas espiras de fio de cobre beeeeem fininho, pra ser bem leve e não amortecer demais o diafragma. Por estar colada no diafragma, a bobina se move junto com ele, e é por isso que se chama de... bobina móvel. (Já percebeu que os nomes das coisas antigamente doíam de tão óbvias? Hoje batizam as novas tecnologias com nomes marketeiros e rebuscados, o que cria confusão. Não seria mais simples chamar o pato de pato, o ganso de ganso e o frango de frango? Se o frango fosse "inventado" hoje, certamente alguém no departamento de marketing ia chamá-lo de "bípede quântico emplumado powered by AI" ou coisa parecida. Mas, devaneio. De volta aos microfones...)

A bobina móvel é, no final das contas, um indutor. Para corrente contínua, o indutor é um curto-circuito, e isso é muito importante para o problema do POP. Microfones balanceados (como é o caso de 100% dos microfones ditos profissionais, incluindo o SM58) possuem, dentro de si, um pequeno transformador, que converte em balanceado o sinal não balanceado da cápsula. Não vou entrar em detalhes aqui sobre o que é uma linha balanceada, basta saber que em vez de dois fios ela usa três e por isso consegue, por meio de "magia negra do audio", cancelar a maior parte do ruído captado pelo próprio cabo. Em um próximo artigo, se vocês quiserem, eu explico sobre balanceamento mais a fundo. É interessante saber isso, especialmente se atuarem como músicos (e técnicos) profissionais.

Mas o fato de a bobina móvel ser um indutor, e do balanceador ser um transformador (portanto, também outro indutor), e também ao fato de que não há capacitores dentro do microfone, implica que, para DC (corrente contínua), o circuito todo pode ser considerado quase um curto-circuito, dada a baixa impedância dos microfones profissionais (entre 100 e 200 ohms, tipicamente). Guarde essa informação para daqui a pouco.

O circuito interno de 10 entre 10 microfones dinâmicos (observe a completa ausência de capacitores) (fonte: Manual de serviço do SM58)

B. Sem fio

Pense: o que é um microfone sem fio? A resposta é simples: é um microfone com fio, ligado a um transmissor de rádio (e aí não importa se é analógico ou digital - é um transmissor de rádio, pronto, acabou!). Lá na outra ponta, perto da mesa de som (e do técnico), está o receptor desse transmissor, e é ele quem vai inserir o audio do microfone na mesa. Não tem muito como fazer diferente: o microfone vai ligado num transmissor, e a mesa de som no receptor. Simples assim.

Note que um sistema sem fio pode ser feito tanto já integrado no microfone, sem a possibilidade de remoção, como também adaptável a microfones existentes. A Shure faz dos dois jeitos, inclusive com o SM58. Quando é um microfone "padrão", com o transmissor plugado onde deveria estar o cabo, ganha-se em flexibilidade, pois pode usar o transmissor em qualquer microfone, mas o conjunto microfone+transmissor fica muito comprido (pergunte para a Maria Bethânia o que ela acha de microfone sem fio...). Já o microfone que já esteja integrado ao transmissor fica com um tamanho quase idêntico a ao de um microfone comum, com fio, mas se um dos dois falhar (ou o microfone, ou o transmissor), você perde os dois - e isso, no meio de um show, pode causar um pandemônio!

Microfone SM58 integrado a um sistema sem fio QLXD24. Note que o microfone tem quase o mesmo tamanho que um SM58 comum, e que há controles digitais no próprio corpo. O aparelho embaixo é o receptor e fica próximo à mesa de som, lááááááá no meio da plateia. (fonte: Sure)

Bem, então vemos que é o receptor do microfone, e não o transmissor, que vai ligado na mesa de som. Ao contrário do microfone dinâmico com fio, que é só um indutor, o circuito de saída do receptor sem fio é ativo, formado por, no mínimo, um par de amplificadores operacionais (um para o + e outro para o - do cabo balanceado), e um capacitor para cada saída, normalmente eletrolítico, para interromper qualquer corrente contínua que possa estar presente nas saídas + e -. Como o circuito é ativo, é quase certo que uma corrente contínua possa vir a se formar, circulando entre a saída do receptor e a entrada da mesa de som. Os capacitores estão aí para bloquear isso.

Exemplo de circuito de saída balanceada, usando circuitos ativos e sem usar transformador. Observe que, na saída de cada um dos dois operacionais, há um capacitor eletrolítico para bloquear uma possível corrente continua que possa circular, em qualquer sentido, entre o receptor sem fio e a mesa de som. (fonte: DIY Audio diyaudio.com)

Além do receptor sem fio, dentro da mesa de som o pré-amplificador de microfone também possui um par de capacitores eletroliticos, com uma função muito especial: evitar que o Phantom Power, que alimenta microfones capacitivos ("condensador", o nome errado que todo mundo usa) retorne pra dentro da mesa e queime o pré-amplificador. Mesmo quando você está usando microfones dinâmicos, que não precisam de Phantom Power, esses capacitores continuam lá!!!.

Exemplo mais simples que eu consegui encontrar de entrada balanceada com Phantom Power. Observe os dois capacitores de 22 microfoarads, que bloqueiam os 48V o Phantom Power para dentro do operacional, mas deixam a tensão chegar no microfone "condensador", e o capacitor-reservatório de 100 microfarads, que estabiliza a tensão para o microfone. O microfone não está representado no diagrama, mas é conectado aos terminais "Mike input + / -". Caso o pré não possua Phantom Power (por exemplo, se for um pré de linha e não de microfone), nenhum dos três capacitores existirá. (fonte: Ethan Winer, ethanwiner.com)

Então temos, no mínimo quatro capacitores muito próximos entre si, eletricamente falando. Um par de um lado do cabo balanceado, na mesa, e o outo par do outro lado, no receptor do microfone sem fio. Essa informação, dos capacitores quando usamos o sistema sem fio, e aquela outra informação de que os microfones dinâmicos com fio são indutores, são o cerne do problema do estalo explosivo (POP) que acontece quando você liga uma chave no meio do caminho.

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E chegamos ao problema dos POPs (ruído de comutação)

Chegamos ao verdadeiro culpado dos estalidos de alto volume, ou POPs, quando usamos chaves mecânicas no caminho do sinal: os capacitores!

O problema não é a chave DPDT, são os capacitores!

Veja, se eles estão ali, especialmente os eletrolíticos, é para bloquear qualquer corrente contínua que esteja circulando. Essas correntes, geradas por um operacional em uma das pontas do cabo, pode afetar o ponto de operaçã do outro operacional, lá do outro lado do cabo. Não importa se é o receptor quem envia a corrente, e a mesa recebe, ou vice-versa: se uma corrente elétrica de corrente contínua for estabelecida, o ponto de operação dos dois operacinais vai se desestabilizar, podendo levar a flutuações de ganho e de banda passante, distorções, oscilações (incluindo de RF) e até mesmo a queima dos operacionais. Os capacitores são, portanto, os "porteiros" dos operacionais e têm que, obrigatoriamente, estar ali.

Quando você liga um microfone com fio direto na mesa de som, está basicamente ligando um transformador da entrada da mesa. Para audio, que é corrente alternada entre 20 Hz e 20 kHz, isso significa que há uma tensão também alternada entre os pinos 2 e 3 do conector XLR do microfone (e da mesa). Mas, para DC (corrente contínua), significa que os pinos 2 e 3 estão em curto. Esse "curto" (na verdade um quase curto, pois a bobina móvel tem uma certa resistência) drena e descarrega lentamente os quatro capacitores citados anteriormente. Mesmo que use a tal chave comutadora de talk back, que foi o problema original do Antonio, nenhum estalido será ouvido, pois os capacitores estão sendo paulatinamente descarregados ao longo do tempo.

Por outro lado, quando liga o receptor sem fio na mesa de som, temos quatro capacitores eletrolíticos ligados entre si, dois a dois e, ao mesmo tempo, nenhum resistor para descarregá-los. Quando eu era garoto, com 14, 16 anos, e aprendiz de eletrônica nas oficinas da vida (culpa do meu pai, que também é técnico...) uma das sacanagens que se costumava fazer era carregar um capacitor eletrolítico grande com uns 40, 50V e deixá-lo "perdido" no canto da bancada. Quando chegava um chato assuntar no nosso trabalho, bastava pedir: "ôw, me alcança aquele capacitor ali?". O cara tomava um choque tão grande ("inofensivo", ou assim a gente acreditava, mas grande o suficiente para a pessoa gritar e se contorcer) que ia embora furibundo Bufando

e nos deixava em paz, em meio a gargalhadas maléficas ecoando às tripas forras. Evil

(Devo dizer que eu mais caí nela do que preguei essa peça, mas tive meus momentos de peraltice imprudente, também... Quando soubemos, em uma revista estrangeira, que havia casos de pessoas com marca-passo que morreram por causa dessa facécia, nunca mais fizemos.)

Agora imagine que o capacitor jogado na bancada são esses quatro capacitorzinhos aí, e que a mão do incauto colega seja o pré-amplificador da mesa de som, regulado com alto ganho para amplificar o som do microfone. Ora, temos então quatro capacitores armazenando energia constantemente. Enquanto está só o receptor sem fio ligado direto na mesa, tudo bem. Nada de mal acontece e eles cumprem a sua função, que é não deixar a corrente contínua circular. Está todo mundo com as mãos dadas o tempo todo. O falo de eles estarem carregados eletrostaticamente não pega nada.

Contudo, o que acontece quando se desliga um deles abruptamente e liga outro? Se colocarmos uma chave mecânica qualquer no meio do caminho, meu amigo, minha amiga... Imagine estar com o circuito desconectado e o capacitor cheio, e de repente esse capacitor ser ligado pela chave beeeeem no condutor onde está passando o audio. Dependendo da tensão no capacitor, a descarga instantânea dessa energia acumulada tem um nível de sinal MAIOR do que o próprio audio que sai do receptor. Às vezes, MUITO maior, a ponto do estalido gerado saturar os amplificadores de potência e queimar algum alto-falante do PA (e estourar os tímpanos do público). Não é coisa pra se brincar, portanto!

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Tá, beleza, mas como eu conserto isso?

Resumindo, então, todo problema é esse: sempre tem algum capacitor que está carregado e desconectado do circuito, e quando ligamos a chave mecânica, ele é bruscamente conectado e se descarrega rapidamente. E se descarrega, diga-se de passagem, justamente no pior lugar possível: a entrada do pré-amplificador da mesa de som.

Para resolver isso, tem três pontos básicos que eu mencionei ao longo de todo o texto. Se você leu com atenção, já deve ter sacado quais pontos são esses:

1. Indutores têm resistência ohmica desprezível*
2. Capacitores são circuitos abertos e se carregam na presença de tensão contínua
3. Se os circuitos nunca forem interrompidos com chaves, não há estalo
* Se comparada às outras do circuito.

Cada uma dessas premissas sugere uma possível solução. Tenha em mente que uma solução pode funcionar no seu caso e outra não, e que pode ser necessário ter de usar mais de uma delas. Nenhuma das soluções vai ser "bala de prata" e, em casos extremos de incompatibilidade entre o receptor sem fio e a mesa, pode acontecer de mesmo empregando as três soluções o problem persista. Isso posto, vamos a elas:

1. Indutores têm resistência ohmica desprezível

Como vimos, se ligar um microfone dinâmico com cabo, o problema da caixinha comutadora de talk back não aparece. Então, uma solução possível, embora meio cara, é dotar a própria caixinha comutadora de três transformadores isoladores de audio, com relação 1:1 e baixa impedância idêntica nos dois enrolamentos. Os transformadores são pequenininhos (afinal, cabem dentro do microfone...) e devem ser possíveis de embutir na caixinha também. Dessa forma, você mata "dois coelhos com uma caixa d'água só": elimina o problema dos estalos, e ainda promove isolação galvânica entre os equipamentos, evitando ronco de 60 Hz causado por loops de terra e também promovendo proteção contra choques elétricos (se uma pane elétrica na mesa ou no receptor mandar 220V para o XLR, por exemplo), o que salvaria a vida não só do equipamento, mas também do cantor que está com a boca encostada no microfone.

Por outro lado, transformador é caro, tem um certo peso (mesmo os miniatura), diminui a resposta de frequência e, se mal instalado, ele mesmo capta ronco.

ATENÇÃO: Pra essa aplicação, não servem os DI Box que normalmente usamos para ligar instrumentos musicais direto na mesa. Os transformadores que têm lá dentro têm impedâncias diferentes nos dois enrolamentos, primário normalmente em cerca de 50 kohms e secundário a 100 ohms, e isso pode afetar drasticamente o desempenho do sistema. É preciso um transformador de acoplamento de áudio, mesmo, com os dois enrolamentos idênticos e impedância em ambos na faixa dos 100 a 600 ohms, no máximo.

2. Capacitores são circuitos abertos e se carregam na presença de tensão contínua

Outro método para domar os capacitores, descarregando-os, é colocar resistores de alto valor em todos os lugares onde tem capacitor que pode ser "aberto" por uma chave mecânica. No caso do talk box, são SEIS capacitores: dois na saída do receptor sem fio, dois no canal da mesa que vai mandar o microfone para PA+retorno, e dois no outro canal da mesa, que vai mandar o microfone só pro retorno.

Bom, se são seis capacitores, então nós vamos precisar de SEIS RESISTORES.

SEIS RESISTORES. NÃO É UM SÓ, SÃO SEIS!

Bem, o lugar mais óbvio, à primeira vista, para colocar os resistores seria encostados nos proprios capacitores, lá no circuito impresso. Mas isso implicaria em modificar os aparelhos, e não a caixinha de talk back, o que faria com que ela só pudesse ser usada com esses aparelhos - além do trampo que é desmontar um aparalho para modificá-lo, o risco que é de cometer um erro e queimá-lo, e até mesmo a perda de uma eventual garantia.

Mas pense um pouco: o POP acontece porque a chave DPDT está ligada diretamente nos capacitores eletrolíticos. Não tem nada no meio, é chave, fio, capacitor. Então, podemos ligar os resistores direto na chave DPDT! Faça assim:

Citar

1. Não retire os fios dos cabos XLR!
. . Os resistores devem ser soldados nos terminais do DPDT sem retirar os fios que já estão lá!

2. Em cada terminal do DPDT, solde um resistor. Deixe a outra "perna" do resistor para cima, sem soldar.
. . Todos os terminais do DPDT devem ter um resistor "pendurado".
. . Posicione os resistores de forma a poder fechar a caixinha depois.

3. Solde todos juntos os terminais soltos dos resistores.

4. Solde um fio aos teminais soldados juntos dos resistores.

5. Isole a emenda fio / resistores. Use preferencialmente tubo termorretrátil. Fita isolante fica feio mas também serve.

6. A outra ponta do fio, solde em um terra. Preferencialmente, num dos terras que vem em um dos dois canais da mesa.

Os resistores, de início, devem ter valor de 4M7 (4,7 mega ohms).Se funcionar, BELEZA. Se não funcionar, vai ter que desmontar tudo, e montar novamente com resistores de 2M7. Se não funcionar com 2M7, tente com os valores 1M5 e 1M. SE NÃO FUNCIONAR COM 1M, VOCÊ TEM UM PROBLEMÃO NAS MÃOS.

Mesmo que não funcione com 1M, mantenha os resistores na caixinha. Eles podem não servir para essa mesa de som, mas podem servir para a próxima.

3. Se os circuitos nunca forem interrompidos com chaves, não há estalo

Uma terceira maneira de fazer isso é usar, em vez de uma chave mecânica, circuitos ativos de comutação. A BOSS desenvolveu a comutação eletrônica (que todo mundo reclama, sem nenhum fundamento) JUSTAMENTE para acabar com o POP da comutação! Então, para essa aplicação, emprestar a idéia da BOSS e fazer um "DPDT eletrônico" pode ser uma boa ideia. Não terei o circuito pronto, desta vez, mas não me parece difícil adaptar dos próprios pedaizinhos BOSS (que usam FETs como chaves e um flip flop com dois transistores bipolares) uma solução sob medida para o problema do Antonio e de quem mais vier a tê-lo.

Uma vantagem adicional de usar comutação eletrônica é que não será mais necessário que o audio do microfone fique circulando com cabos pra lá e pra cá. O receptor e a propria caixinha podem ficar lá na mesa de som, onde têm mesmo que ficar para facilitar a vda do técnico, e o pedalzinho ao pé do cantor só manda um comando elétrico para comutar o circuito. Você pode usar FETs e bipolares, como na solução BOSS, ou flip flops CMOS e uma chave eletrônica do tipo 4066. Não recomendo usar relés, pois estaria retornando ao problema dos contatos mecânicos.

E é isso minha gente. Espero que tenha sido útil pra alguém.
Eu curti tirar isso da cabeça, vou curtir mais ainda se alguém usar, algum dia.

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OBSERVAÇÃO

PARA ENXERGAR OS CAPACITORES DE SAÍDA NO DIAGRAMA "SAÍDA BALANCEADA", CLIQUE COM O BOTÃO DIREITO NA IMAGEM E ESCOLHA "ABRIR EM NOVA ABA". DESCULPEM POR ISSO.

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