Como eliminar ruídos, chiados, interferências no áudio de fones e caixas

Eliminar ruídos, chiados e possíveis interferências no áudio de fones e caixas é uma tarefa que pode ser complexa. Porém, ao apontar as possíveis causas e saber como se prevenir, este trabalho fica mais fácil. Ao mesmo tempo, é importante ter em mente que cada caso é um caso e nem sempre as soluções serão as mesmas para todos, sendo necessário analisar com calma a situação.

É possível gastar muito quando se quer obter uma energia “limpa” e “estável” para alimentar os equipamentos de um sistema de áudio de fones de ouvido ou de caixas de som. Entretanto, há algumas soluções que são fáceis e mais acessíveis para serem implementadas. Mesmo gastando pouco, a melhora na qualidade do som pode ser perceptível.

O que causa os ruídos, chiados, interferências no áudio?

As interferências percebidas como zumbido, chiado e estalos no áudio de fones e caixas podem ocorrer por interferências de eletromagnetismo (EMI), interferências de radiofrequência (RFI), loops de terra, ruído de chaveamento, picos/surtos de tensão e momentos de subtensão.

O que é EMI e RFI?

EMI significa Electromagnetic Interference ou Interferências Eletromagnética. É uma interferência gerada por qualquer campo elétrico ou magnético, podendo atrapalhar o funcionamento de dispositivos eletrônicos.

RFI significa Radio Frequency Interference ou Interferência de radiofrequência. A RFI é uma energia eletromagnética indesejada que pode ser captada por outros dispositivos eletrônicos ou cabos.

De onde vem a RFI?

A RFI é gerando por:

• Dispositivos com fontes chaveadas: Criam ondas cheias de harmônicos de alta frequência que irradiam pelo ar e pelos fios. Exemplo: TVs, PCs, carregadores.
• Roteadores, celulares e aparelhos com Bluetooth no geral: emitem ondas de rádio de alta frequência e seus harmônicos podem invadir cabos de áudio mal blindados ou circuitos sensíveis.
• TVs: Por utilizarem processadores, DACs, fontes chaveadas e emitirem sinais de RF (para controle remoto HDMI), gera-se interferência radiada, principalmente em frequências acima de 100 Hz.
• Aparelhos de rádio, transmissores e modems: Como eles trabalham com radiofrequência, transmitindo e recebendo sinais, acaba que ocorrem vazamentos eletromagnéticos e ruído.

Exemplos práticos de ruídos do tipo RFI em sistemas de áudio:

• Ruído da fonte chaveada do PC chega ao DAC via USB.
• Ondas do sinal Wi-Fi ou do celular são captadas pelo cabo RCA (não blindado).

De onde vem a EMI?

A EMI é gerada por:

• Fontes chaveadas
• Roteadores Wi-Fi
• Computadores
• TVs
• Carregadores
• Dimmer de luz
• Micro-ondas
• Motores elétricos (geladeira, ar-condicionado, ventilador).

O que a RFI e a EMI causam no áudio?

A RFI e a EMI causam os seguintes efeitos no áudio:

• Chiado intermitente
• Zumbido leve mesmo com volume no zero
• Pop ou cliques vindos de DACs USB

Como amenizar a influência da RFI e EMI nos equipamentos de áudio?

Para amenizar os efeitos da RFI e EMI você pode:

• Utilizar cabos blindados (cabo de força, RCA, XLR)
• Adotar o uso de condicionadores de energia
• Afastar fontes de sinal Wi-Fi e Bluetooth dos equipamentos de áudio
• Utilizar equipamentos de áudio com fonte linear

O que são picos de tensão (surtos)?

Os picos de tensão ocorrem pelo aumento súbito e rápido na tensão da rede (alguns milissegundos). A tensão é a “força que empurra a corrente elétrica através dos fios”, podendo ser 127V ou 220V. A tensão varia o tempo todo na rede elétrica, mas o ideal é que varie no máximo 5% do valor “padrão”.

As causas mais comuns de picos de tensão são:

• Queda de raios.
• equipamentos com consumo energético alto que utilizam fontes chaveadas como, por exemplo, ar-condicionado, geladeira, cortador de grama, aspirador de pó, dentre outros.
• Falhas no fornecimento de energia nas estruturas da concessionária.
• Equipamentos defeituosos que utilizam fontes chaveadas ou inversores.

O que os picos (surtos) de tensão podem causar aos equipamentos de áudio?

Picos de tensão (surtos elétricos) podem causar os seguintes dados aos equipamentos de áudio:

• Queima de componentes (capacitores, transistores, dentre outros)
• Reduzir a vida útil dos MOSFETs e diodos das fontes chaveadas, gerando instabilidade.
• Estalos no áudio (pops) reproduzido
• Travamentos na transmissão dos dados digitais em DACs.
• Queima de fusíveis

O que são quedas de tensão (subtensão)?

Quedas de tensão ocorrem quando há a redução temporária da tensão fornecida pela rede elétrica. Isso geralmente ocorre quando há sobrecarga, que é quando acontece um consumo maior de energia na cidade, mas há outras causas também como, por exemplo:

• Ligar ao mesmo tempo equipamentos que consomem muita energia (exemplo: geladeira, micro-ondas, chuveiro, ferro de passar roupa).
• Utilizar fiação subdimensionada na casa (cabos muito finos, com bitola insuficiente).
• Transformadores da rua estão com defeito ou muito distantes da residência.

O que as quedas de tensão (subtensão) podem causar aos equipamentos de áudio?

As quedas de tensão podem causar os seguintes danos aos equipamentos de áudio:

• Baixo desempenho e ruido em fontes lineares dos equipamentos de áudio.
• Amplificadores podem gerar distorção no som
• DACs podem reiniciar ou parar de responder

O que é oscilação de tensão na rede elétrica?

As oscilações de tensão na rede elétrica são variações fora dos padrões “127V” e “220V”. É normal ocorrer uma certa variação na tensão (cerca de 5%), mas ela não deve ser grande, pois isso pode causar danos aos equipamentos elétricos.

Como solucionar os problemas de picos de tensão e subtensão?

Para amenizar ou eliminar problemas de picos de tensão e subtensão da rede elétrica, é necessário utilizar equipamentos que filtram e condicionam a energia fornecida pela concessionária como, por exemplo, condicionadores de energia e regeneradores de energia.

O que são fontes chaveadas?

Fontes chaveadas são aquelas que realizam o controle de tensão e corrente com alta eficiência energética, permitindo a redução de peso e tamanho da fonte. Para fazer esse controle, a fonte chaveada desliga e liga a energia milhares de vezes por segundo (normalmente entre 20 kHz e 500 kHz).

Cada “liga e desliga” é um pulso elétrico. O circuito da fonte controla a largura desses pulsos para regular a quantidade de energia que é enviada para os componentes do equipamento.

O que é ruído de chaveamento?

O ruido de chaveamento (switching noise) ocorre quando as fontes chaveadas de equipamentos estão funcionando. Ao ligar e desligar o fornecimento de energia para seus componentes, as fontes chaveadas geram ruído elétrico na rede.

Como reduzir o ruído de chaveamento?

Para reduzir o ruido de chaveamento, você pode:

• Utilizar condicionadores de energia.
• Adotar o uso de isoladores de áudio (magnético e/ou USB galvanicamente isolado)
• Cabos blindados que sejam o mais curtos possível.
• Afastar o máximo que puder o cabo de força dos cabos de envio de sinal de áudio (RCA, XLR).
• Utilizar equipamentos com fontes lineares.
• Ter aterramento em casa e aterrar as tomadas.

O que são fontes lineares?

Fontes lineares são aquelas que convertem a tensão da rede através da utilização de transformadores e reguladores analógicos, trazendo uma energia mais estável, sem gerar ruídos de alta frequência. Utilizar DACs, pré-amplificadores e amplificadores de fones de ouvido com fontes lineares é melhor, pois gera-se menos interferência elétrica.

O que é loop de terra?

O loop de terra ocorre quando há dois ou mais caminhos de aterramento com potenciais elétricos diferentes ligados por uma mesma fiação elétrica.

O que causa o loop de terra?

O loop de terra geralmente é causado quando:

• Há aterramento duplicado (equipamento com cabo de 3 pinos ligado junto com um equipamento com cabo de dois pinos).
• Está sendo utilizado tomadas diferentes com terras diferentes (utilizando fios terra de aterramentos diferentes).
• Utilização de cabos de dados (HDMI, USB) que compartilham o mesmo terra de sinal.
• É utilizado equipamentos com antenas (TVs e PCs com fonte chaveadas).

Como evitar o loop de terra?

Para se prevenir contra o loop de terra, você pode:

• Conectar equipamentos em tomadas diferentes se elas utilizarem um fio terra ligado a um único aterramento.
• Separar o envio de dados e de energia utilizando cabos USB que se dividem em dois conectores, sendo um para dados e outro para energia (exemplo: iBasso CB19).
• Transmitir dados para o DAC através da conexão óptica ao invés da USB ou da coaxial.
• Utilizar uma única tomada para ligar todos os equipamentos.

Isoladores de áudio USB para evitar ruídos e loop de terra

Os isoladores de áudio servem para evitar o ruido gerado por equipamentos que utilizam fontes chaveadas (exemplo: PC), loop de terra e ruídos (zumbido, chiado). Ao isolar a porta USB galvanicamente, são isolados os 4 pinos do barramento USB, cortando a conexão elétrica direta entre o PC e o DAC, ou seja, separado a transmissão de energia da transmissão de dados.

Exemplo de isoladores de áudio USB: Topping HS02 e iFi iDefender.

O que são harmônicos?

Harmônicos são como “ecos” de uma onda principal, que aparecem em frequências múltiplas dela. Exemplo: se uma onda principal (fundamental) tem 60 Hz, seu 1° harmônico tem 60 Hz, o seu segundo harmônico tem 120 Hz, o 3° harmônico terá 180 Hz e assim por diante. Quanto maior o harmônico, menor será a intensidade comparado à onda original. Estes harmônicos maiores geram a “distorção harmônica”.

Os harmônicos na rede elétrica

Os harmônicos na rede elétrica mais presentes são os ímpares (3° harmônico, 5°, 7°, etc). Estes são os harmônicos mais difíceis de remover no condicionamento da rede elétrica.

Fontes chaveadas e harmônicos

Com o ruído de chaveamento das fontes chaveadas, presentes em PCs, roteadores e eletrônicos no geral, há a geração de harmônicos de ordem muito alta, pois este tipo de fonte trabalha com frequências acima de 13 kHz. Estes harmônicos podem se espalhar pela rede elétrica ou pelo aterramento, interferindo nos equipamentos de áudio e gerando ruídos ou chiados.

Como resolver o problema com os harmônicos na rede elétrica?

Ao utilizar condicionadores de energia e um aterramento bem-feito, você ameniza a chegada de ruídos aos equipamentos.

Quais as soluções mais fáceis e baratas para evitar ruídos e interferências?

As soluções mais fáceis e baratas que eu indico para se evitar ruídos e interferências em sistemas de áudio são as seguintes:

• Caso a casa já tenha aterramento, utilizar um único aterramento ou utilizar um aterramento exclusivo para os equipamentos de áudio.
• Conectar cabos USB com separação de dados e energia ou utilizar isoladores de áudio USB.
• Escolher equipamentos que possuam o pino terra, que fica no meio nas tomadas e nos plugues macho e fêmea dos cabos de energia, para prevenção de ruídos elétricos e interferências eletromagnéticas.
• Evitar deixar os equipamentos de áudio próximos a roteadores Wi-Fi e produtos com Bluetooth.
• Opção por tomadas de grau hospitalar.
• Optar por DACs, pré-amplificadores ou amplificadores de fones que utilizem fonte linear ao invés de chaveada.
• Tentar afastar os cabos de energia o máximo que puder dos cabos que enviam o sinal de áudio (exemplo: XLR e RCA).
• Usar uma única tomada para ligar todos os equipamentos ou conectar equipamentos em tomadas diferentes se elas utilizarem um fio terra ligado a um único aterramento.
• Utilização de cabos blindados, incluindo cabo de força, cabo RCA e cabo XLR, para evitar interferências advindas de eletromagnetismo e de radiofrequência.

Soluções de filtragem e condicionamento de energia

A filtragem e o condicionamento de energia são processos importantes para garantir uma alimentação livre de interferências e com menos oscilações de tensão, corrente e frequência. Através da utilização dos equipamentos abaixo, há uma minimização destes efeitos advindos da rede elétrica.

• Condicionador de energia com filtro de linha ativo com filtragem em múltiplas bandas: Filtra ruído em várias faixas de frequencia (EMI e RFI) sem afetar a impedância de alimentação.
• Condicionador de energia com transformador isolador toroidal: Isola o circuito de áudio da rede elétrica usando transformador, eliminando ruídos de modo comum [1].
• Regenerador de energia: Recria a senoide com baixa distorção harmônica (THD < 0,1%) através do uso de microcontrolador e DSP interno.

[1] Ruído de modo comum se refere às interferências eletromagnéticas que vem na mesma direção por vários conectores como fase e neutro.

A melhor solução de todas para filtragem e condicionamento de energia é a utilização de um regenerador de energia, pois ele irá converter a energia DC (energia contínua) para AC (energia alternada) e gerar uma nova forma de onda senoidal pura/limpa, com tensão e frequência totalmente controladas por DSP. Por ser uma alternativa cara para muitos, é importante avaliar se faz sentido para o seu cenário.

Exemplos de regeneradores de energia: PS Audio DirectStream PowerPlant 12, PS Audio DirectStream PowerPlant 15 PS Audio DirectStream PowerPlant 12.

Caso não queira gastar muito e esteja procurando algo com melhor custo-benefício, os condicionadores de energia com filtro de linha ativo com filtragem em múltiplas bandas pode ser uma solução interessante. Estes filtros são desenvolvidos para evitar interferências na impedância de alimentação, removendo ruídos em diversas faixas de frequência (EMI, RFI) e mantendo fase coerente.

Exemplos de condicionadores de energia com filtro de linha ativo com filtragem em múltiplas bandas: Panamax M5400‑PM, Panamax M5300-PM, Furman ELITE-15 PF I, Furman PST‑8D, Furman P‑1800 PF, Furman ELITE-15I.

Por fim, uma opção barata, mas que ainda oferece um benefício interessante são os filtros com transformador isolador toroidal. Eles isolam o circuito de áudio da rede elétrica através de um transformador toroidal, eliminando possíveis ruídos.

Exemplos de filtros com transformador isolador toroidal: Furman IT-Reference 7i, Torus RM 15, Isotek Titan, Upsine Power Line III Iso 2000, Ragtech IsoClean Pro, Embrastec IsoPower 2000, Equi=Tech 2RQ

Como fazer uma instalação elétrica dedicada para sistemas de áudio

Realizar uma instalação elétrica dedicada pode facilitar o fornecimento de energia com boa qualidade para a alimentação dos equipamentos de sistemas de áudio de fones e de caixas.

Ter um circuito exclusivo para o sistema de áudio evita que ocorram variações na tensão. Isso previne interferências no funcionamento de DACs, amplificadores e reprodutores de música (Digital Audio Players, streamers, dentre outros).

Faça um quadro de energia exclusivo

Ao dividir a carga com a iluminação da casa, com o ar-condicionado, com a geladeira, com a máquina de lavar, dentre outros eletrodomésticos, pode gerar flutuações de tenção, interferindo no funcionamento dos equipamentos de áudio. Por este motivo, é interessante fazer um subquadro de energia exclusivamente para o sistema de áudio.

O subquadro deverá ter disjuntor, DPS e DR (Dispositivo Diferencial Residual) e será interligado ao quadro de energia principal da casa através de um condutor de equipotencialização. Além disso, é importante que haja um aterramento exclusivo para este quadro de energia dedicado a áudio.

Qual fiação utilizar?

Para obter um bom desempenho com os seus equipamentos de áudio, utilize a seguinte configuração para a fiação:

• Do quadro de energia principal para o subquadro de energia dedicado ao sistema de áudio: cabo rígido (classe 1), cobre 100% OFC, bitola 4 mm², por ser uma instalação fixa e sem vibração.
• Do subquadro e energia para as tomadas da parede: cabo semirrígido ou flexível (classe 2 ou classe 5) com bitola 2,5 mm², por ter melhor contato e menor ruído.

Por que utilizar cabos com diferentes níveis de flexibilidade em sistemas de áudio?

Ao utilizar cabos rígidos (classe 1), você terá menor resistência elétrica (melhor condutividade). Eles são indicados para instalações fixas embutidas, em conduítes, onde não há movimentação.

Os cabos flexíveis (classe 5) tem a vantagem de ser resistente à vibrações por conta da sua maleabilidade, mantendo um contato firme em bornes e conectores, além de serem menos suscetíveis a micro vibrações elétricas, para evitar efeito microfônico. Eles podem ser utilizados em terminais prensados, que garantem um contato melhor.

É importante frisar que o uso de condutores rígidos não é proibido no Brasil em instalação residencial conforme as normas brasileiras, bastando seguir as normas da NBR 5410:2004 (Instalações elétricas de baixa tensão). Os condutores rígidos são permitidos pela norma brasileira, desde que sejam instalados corretamente (sem risco de ruptura, mau contato ou aquecimento). A NBR 5410 apenas proíbe:

• Usar o tipo errado de condutor para o tipo de instalação;
• Dobrar, esmagar ou forçar curvaturas fora das tolerâncias;
• Fazer conexões mal apertadas, especialmente em condutores rígidos;
• Misturar fios de tipos diferentes (rígido e flexível) na mesma conexão sem terminais adequados.

O que são cabos (condutores) de classe 1, 2, 4, 5 e 6?

Os condutores de classe 1 (rígidos), possui um fio único de cobre maciço e podem ser utilizados em instalações fixas, em eletrodutos embutidos. Já os de classe 2 (semirrígidos), há poucos fios trançados e são indicados para instalações fixas com pequenas curvaturas. Por fim, condutores de classe 4, 5 e 6 (flexíveis), que possuem fios finos trançados, podem ser utilizados em aplicações móveis, painéis, aparelhos e cabos de áudio.

Quais as características que o aterramento deverá atender?

Além de ser exclusivo para o sistema de áudio, o aterramento deverá ter uma resistência entre 2 e 5 Ohms. Embora a NBR 5410 (instalações elétricas de baixa tensão) exija que o aterramento residencial possua resistência compatível com a proteção diferencial (igual ou menor a 10 Ohms), no IEEE Std 142 (Green Book) e no IEC 60364-5-54 são recomendados valores menores que 5 Ohms para instalações sensíveis e entre 1-2 Ohms em sistemas eletrônicos críticos (laboratórios, estúdios, data centers).

O projetistas de áudio tem utilizado os mesmos valores de impedância citados acima (5 Ohms ou menos) para aterramentos dedicados a aplicações de audio de alta fidelidade, pois há uma menor suscetibilidade a ruídos. O valor de resistência é medido através do uso de um terrômetro.

Quando o valor da resistência do aterramento fica entre 2 e 5 Ohms, obtêm-se as seguintes vantagens:

• Drenagem mais eficiente de correntes de fuga.
• Maior estabilidade do potencial do terra.
• Menor risco a loops de terra.
• Menos ruído de massa e EMI.
• Silencio de fundo melhor no sistema de áudio.

Como facilitar a obtenção de resistência de 2 a 5 Ohms no aterramento

Para ser mais fácil de atingir uma resistência de 2 a 5 Ohms no aterramento, há algumas técnicas que podem ser utilizadas. São elas:

• Barramento equipotencial dedicado utilizando uma barra de cobre só para áudio, ligada ao terra principal.
• O condutor de equipotencialização deve ser curto e grosso (mínimo de 16 mm²) para ligar o terra do sistema de áudio ao terra principal, para manter o potencial igual.
• Tratar o solo onde as hastes estão fincadas através da mistura de cartão vegetal, sal e bentonita. Isso melhora a condutividade do solo.
• Usar fio de cobre nu de 6 mm² para fazer a ligação equipotencial entre o barramento de terra dedicado ao áudio (normalmente dentro do subquadro) e o sistema de aterramento físico (haste). Em dutos ou ambientes úmidos, pode substituir por cabo isolado verde-amarelo de 6 mm², conforme a NBR 5410.
• Utilizar múltiplas hastes de cobre (2 ou 3) interligadas em triângulo.

Utilizar um cabo de cobre nu com condutor de 6 mm² une o equilíbrio entre condutividade, segurança e controle de ruído, tendo excelentes propriedades condutivas e baixa impedância, além de ser compatível com a NBR 5410.

O que fazer após finalizar a instalação elétrica?

Após finalizar a instalação elétrica dedicada para o seu sistema de áudio, é recomendado que:

• A tensão das tomadas seja medida com multímetro True RMS, devendo estar estável.
• Seja feita uma verificação da polaridade das tomadas, pois a fase e o neutro invertidos podem causar ruído.
• Periodicamente fazer uma checagem do aterramento em locais úmidos por conta da corrosão do cobre.
• A cada 12 meses, apertar os terminais e disjuntores do quadro de energia para evitar centelhamento.

Vale a pena investir na qualidade da energia para a alimentação de equipamentos de áudio?

Ao investir em um aterramento dedicado para o meu sistema de fones e em um quadro de energia exclusivo para este fim, notei no som um silêncio de fundo maior, facilitando a audição de nuances da música, trazendo mais nitidez e separação para os sons, além de dar a impressão de um palco sonoro maior.