A Tecnologia Next Pro

 

 

UMA BREVE HISTÓRIA DOS AMPLIFICADORES

Por várias décadas, desde que o Físico Lee De Forest inventou o amplificador de áudio em 1909, a partir de sua também recém-inventada válvula triodo, os amplificadores empregaram técnicas analógicas para converter a energia proveniente da rede elétrica ou de baterias em som. Estas técnicas atingiram seu auge nos anos 1970-80 e foram capazes de obter reprodução sonora com um grau de fidelidade bastante alto, mas as custas de grandes perdas de energia (grande aquecimento).

 

O Dr. Lee De Forest - o criador do amplificador de áudio - fonte Wikipedia

 

Nos mais avançados amplificadores lineares um rendimento global (amplificador classe AB + fonte de alimentação linear) de apenas 40% (60% da energia convertida em calor) é considerado muito bom! Para solucionar esse grave inconveniente os amplificadores lineares evoluíram para os amplificadores chaveados (classe-D).

Anteriormente a isso, as fontes de alimentação – partes essenciais em qualquer amplificador de áudio, evoluíram a partir dos volumosos transformadores e retificadores a válvulas até as modernas fontes chaveadas – estas originalmente criadas para substituir os vibradores mecânicos usados nos rádios à válvula dos automóveis (o primeiro tipo de fonte chaveada). Elas tiveram o seu desenvolvimento alavancado pelo início da era espacial e introduziram o conceito de conversão de potência de forma eficiente, com pouco desperdício de energia.

Esta importante mudança de mentalidade é devida, em grande parte, à corrida espacial travada entre USA e URSS e iniciada no auge da guerra fria (início dos anos 1960). Os norte-americanos, diante da menor potência de seus foguetes, dispunham de uma carga útil menor em suas naves, se comparado aos seus competidores soviéticos. Portanto, cada grama economizado no peso do equipamento era vital.

Os conversores chaveados desempenharam um papel central nesta nova abordagem, pois além de serem bem mais leves (mesmo na época) desperdiçavam muito menos energia, o que por sua vez permitiu diminuir o tamanho das células de energia e a quantidade de combustível que teria que ser levada para alimentá-las. Um bom exemplo disso é o conversor tipo push-pull utilizado para alimentar o computador de navegação das cápsulas Apollo e dos módulos lunares (o AGC – Apollo Guidance Computer) que requeria apenas 70W @ 28Vdc, menos potência que um lap-top de hoje.

Essa potência era fornecida pelas baterias do módulo de serviço, que por sua vez eram carregadas pelas células de energia. A (pequena) fonte chaveada que fornecia as diversas tensões requeridas pelos circuitos do computador a partir das baterias estava embutida em seu próprio gabinete (no gabinete da CPU), o que seria impossível se utilizassem apenas as técnicas usuais da época (meados dos anos 1960).

 

O Apollo Guidance Computer – módulo lógico (CPU) e teclado/display – fonte: MIT

 

Assim foi inaugurado um novo (e muito importante) ramo da eletrônica - Conversão de Potência (Power Conversion, como é conhecido em inglês).

Como uma consequência natural das fontes chaveadas, os princípios do amplificador de áudio chaveado (classe-D) foram citados em 1947, mas ele foi efetivamente criado nos anos 1950, pelo Dr. A. H. Reeves, o inventor do Pulse Code Modulation (PCM).

 

O Dr. Alec Harvey Reeves - o pai do amplificador classe-D - fonte Wikipedia

 

Infelizmente as técnicas disponíveis bem como os dispositivos eletrônicos da época limitavam muito a sua performance e acabaram tornando-o apenas uma curiosidade. Apesar de todas as dificuldades, houve tentativas de torná-lo comercial, notadamente pela Sinclair Radionics (Reino Unido), que comercializou um modelo na forma de kit, já em 1964 (Sinclair X-10). Este pioneiro possuía 10W de potência declarada e utilizava transistores bipolares de germânio, incapazes de lidar satisfatoriamente com as altas frequências inerentes ao processo de modulação. Foi um produto à frente de seu tempo e da tecnologia disponível e infelizmente fracassou devido aos vários problemas técnicos relatados pelos clientes.

 

Uma publicidade de 1964 anunciando o Sinclair X-10 - fonte: Sinclair Radionics

 

Um kit do Sinclair X-10 preservado - o primeiro amp classe-D comercial do mundo

 

Com as tecnologias analógicas (classes AB, G, H, Super-A e outras inovações) em alta e ainda favorecidos pelos muitos problemas técnicos apresentados pelos "pioneiros do classe-D", não houve muito interesse comercial nestes equipamentos, apesar de terem feito relativo sucesso em alguns círculos DIY (do-it-yourself).

Porém, para fins de mercado ele permaneceu apenas como um conceito tecnológico a espera de evoluir.

Um salto fundamental nesta evolução foi o desenvolvimento dos transistores de efeito de campo de porta isolada para grandes potências (power MOSFETs). Este esforço, em resposta a demanda de conversores chaveados mais eficientes, permitiu que os primeiros MOSFET´s de potência fossem introduzidos no mercado já no final dos anos 1970, e um dos pesquisadores que muito contribuiu para este desenvolvimento é brasileiro! (fonte: Surface Science Journal). Anos mais tarde ele seria professor do titular da Next Pro, Marcelo Barros, na Universidade Federal de São Carlos, no interior de São Paulo.

Assim, houve um “reavivamento” do amplificador classe-D na indústria do áudio e em meados dos anos 1990 eles atingiram um grau de fidelidade sonora respeitável, já contando com dezenas de diferentes técnicas e soluções, geralmente detentoras de direitos autorais. Muitos dos avanços obtidos nesse período foram publicados pela AES.

Em nosso país um dos pioneiros nesse campo é atualmente um dos titulares da Next Digital/Next Pro, Marcelo Barros, que nos anos 2004-2008 conduziu pesquisas específicas em conversão de potência aplicada ao áudio, culminando na publicação do artigo “O Método FCC de Correção para Amplificadores Chaveados Operando no Esquema Sigma Delta – Resultados Fundamentais” no 4º Congresso da AES Brasil, ainda em 2006.

 

O artigo original FCC, publicado pela AES Brazil em 2006 - fonte AES Brazil

 

O processo de conversão SDM-FCC para um sinal senoidal de 20kHz - fonte AES Brazil 

 

O primeiro protótipo FCC, ainda em 2005 - fonte AES Brazil

 

Por parte desse trabalho, Barros também recebeu seu Mestrado em Física pela Universidade Federal de São Carlos, sendo portanto, um dos poucos profissionais com pós-graduação em conversão de potência a atuar na indústria do áudio profissional brasileiro. Ao mesmo tempo, ainda em seu antigo emprego, liderou o projeto do primeiro amplificador digital de alta potência com fonte chaveada para uso profissional manufaturado em série no Brasil – considerado um divisor de águas na indústria do áudio brasileiro.

 

A FILOSOFIA NEXT DIGITAL EM AMPLIFICADORES: AUDIO POWER CONVERSION

O conceito fundamental introduzido por Barros, já na Next Digital, foi o de abordar a fonte de alimentação chaveada e o amplificador de áudio classe-D como um único processo de conversão de potência, tratando-os de maneira unificada do plug AC ao alto-falante, sendo todos os processos de potência ao longo dessa cadeia chaveados, e portanto, de alta eficiência. Ainda dentro deste conceito, as etapas de áudio interagem com as etapas de alimentação e vice-versa.

Essa é a essência da tecnologia Audio Power Conversion: interação entre processos de conversão de alta eficiência. Para que pudesse ser plenamente implementada, tal abordagem demandou a construção de modelos matemáticos/computacionais sofisticados, necessários a avaliação e otimização de sistemas com muitas variáveis dependentes.

Parte fundamental do amplificador de áudio, a fonte de alimentação tem um impacto enorme na qualidade final do som produzido, bem como sobre a eficiência global. Como um dos principais núcleos tecnológicos da Next Digital, nossas fontes de alimentação chaveadas utilizam técnicas e recursos avançados tais como o PFC (Power Factor Correction). Mas a tecnologia que realmente se destaca é o VDR (Variable Dual–Resonant), uma técnica desenvolvida pela Next Digital para aumentar a confiabilidade dos conversores ressonantes em ambientes industriais. O principal avanço trazido por essa abordagem é o de operar em modulação por frequência (FM, ao invés de PWM) entre dois pontos de ressonância. A VDR diminui drasticamente as perdas por chaveamento, com redução do calor gerado em até 16 vezes! Além de melhorar a emissão de ruídos eletromagnéticos, a estabilidade, a densidade de potência e a confiabilidade do sistema como um todo.

O processo Audio Power Conversion da Next Digital

 

O amplificador de áudio chaveado classe-D é o coração do processo Audio Power Conversion, onde a precisão matemática torna-se engenharia de ponta. O método Synclock-FCC de correção para amplificadores classe-D é um trabalho inédito, desenvolvido em um programa de pós-graduação em Física e proporciona aos amplificadores profissionais uma qualidade de áudio digna de audiófilos. O Synclock é um aperfeiçoamento posterior do método original FCC, com o obejtivo de dar-lhe maior robustez, em face das dificuldades típicas da estrada. 

Ao contrário dos amps classe-D comuns do mercado, que empregam modulação em largura de pulsos (PWM) a técnica Synclock-FCC emprega modulação em densidade de pulsos PDM (sigma-delta pulse density modulation). Esta abordagem oferece inúmeras vantagens ao amplificador classe-D; como a correção das não-linearidades do estágio de saída, alto fator de amortecimento, alta rejeição das irregularidades da alimentação, distorção e ruído de fundo extremamente baixos, entre outras. Sem contar que Synclock-FCC forma com o estágio de saída um simples e único bloco, onde conversão, amplificação e correção ocorrem em um mesmo processo. Uma solução elegante, simples e robusta.

O resultado final do processo Audio Power Conversion é um som limpo, cristalino, rico em detalhes, com controle sobre os graves muito superior aos amplificadores classe AB – bem como a capacidade de se adequar a diferentes condições de uso. E tudo isso aliado a um aproveitamento sem precedentes, onde mais de 85% da energia retirada do plug AC é entregue aos alto-falantes. Esse aproveitamento global em amplificadores analógicos com fontes não-chaveadas, quando muito, atinge 40% !

Indo além, devido à natureza inconstante do programa musical, o calor total emitido dos amplificadores Next Pro pode chegar a ser dez vezes menor do que o calor emitido de um típico amplificador analógico de mesma potência.

 

MULTIFLEX

Introduzida pela primeira vez na Série Nano, a tecnologia MultiFlex logo se estendeu à Série Pro-R, tornando-se o maior expoente da revolução tecnológica prometida pela Next Pro desde a sua fundação.

Atualmente toda a Série Nano e NanoBox são MultiFlex. O primeiro modelo da Série Pro-R a receber esta incrível tecnologia foi a R2, logo se juntando a ela a R1 e mais recentemente a R3.

Ampliando as já consagradas capacidades multi-funcionais dos amplificadores Next Pro, a tecnologia MultiFlex disponibilizou a potência nominal de cada modelo em qualquer impedância na faixa 2Ω – 8Ω, dispensando assim o sempre complicado “acerto de impedâncias”. É o conceito da multi-funcionalidade levado as últimas consequências, objetivando facilitar o trabalho do profissional de sonorização – onde realmente faz diferença!

A tecnologia MultiFlex é o ápice das inovações trazidas pelo conceito Audio Power Conversion – onde a interação entre os processos chaveados do amplificador se tornou tão intensa e refinada que foi possível corrigir a impedância dos alto-falantes em intervalos tão grandes quanto 2Ω – 8Ω, com o objetivo de manter a potência de saída praticamente inalterada.

As constantes inovações científicas em engenharia de áudio são o que tornam os amplificadores Next Pro tão superiores, colocando-os décadas a frente de qualquer produto disponível no mercado. 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Amplificadores Next Pro by Next Digital