Tipos de cabos e conectores utilizados nos sistemas de fones [básico sobre fones]

Muitos tem dúvidas sobre como identificar os tipos de cabos e conectores, tanto analógicos quanto digitais. Pensando nisso, neste artigo será ilustrado sobre o funcionamento de cada um, onde são utilizados e suas vantagens.

Sinal analógico Vs sinal digital

Para entendermos melhor o que são os cabos analógicos e os cabos digitais, é necessário explicar o que são sinais analógicos e sinais digitais.

O sinal analógico é um fluxo elétrico contínuo em forma de onda senoidal que muda ao longo de um determinado período. Já o sinal digital é uma onda não continua, uma onda quadrada.

O sinal analógico não é fixo, suas ondas podem variar de tamanho. Já o sinal digital é fixo, com tamanho determinado e tem valores que se limitam a 0 e 1.

Como as alterações de onda do sinal digital são fixas e pequenas, elas são ignoradas pelos circuitos. Com isso o sinal digital ganha imunidade contra ruídos, portanto não sofre distorções.

Já o sinal analógico é mais propenso a distorção por conta da suscetibilidade a ruído elétrico no circuito por conta das grandes variações de suas ondas. Daí a importância do tratamento de energia para se obter uma qualidade de áudio maior nos sistemas de fones de ouvido.

Um sinal elétrico analógico transmite dados em forma de ondas, enquanto um sinal digital transmite dados em forma binária (bits).

O sinal digital é utilizado na fonte de um sistema de fones de ouvido para depois ser convertido por um DAC (digital to analog converter) para sinal analógico, pois o amplificador e o fone de ouvido só funcionam através de sinais elétricos analógicos. (para saber mais, leia este artigo aqui)

Balanceado e Single-Ended (SE)

Existem dois tipos de cabos analógicos, os balanceados e os single-ended (SE). Para entendermos melhor o funcionamento deles e suas vantagens e desvantagens, será explicado o funcionamento de cada tecnologia.

Normalmente, nos DAPs (digital áudio players) e amplificadores comuns (isso inclui smartphones, PCs, consoles etc.) encontramos uma saída single-ended (SE) ou também chamada de desequilibrada ou não balanceada. Esses dispositivos oferecem uma entrada P2 (3,5mm) com plugue TRS estéreo de terminação única ou não balanceada e isso ocorre porque eles possuem saída de terra comum.

Ter saída terra comum significa que os terminais de alto-falante negativo dos canais esquerdo e direito são simplesmente conexões ao terra (ground). Já as conexões positivas do sinal elétrico analógico esquerdo e direito do alto-falante são feitas através de dois fios separados que são envoltos por uma blindagem (terra ou ground) do cabo do fone de ouvido. O sinal esquerdo e direito negativos no cabo do fone de ouvido são combinados e viajam pela blindagem metálica do cabo até o terra do amplificador.

A blindagem do cabo do fone de ouvido não atua apenas como retorno do sinal estéreo, mas também protege o sinal de ruídos causados pela interferência de radiofrequência (RFI). Essa estrutura de cabo pode ser definida como single-ended ou desequilibrado. O cabo é chamado de desequilibrado porque a impedância entre os três condutores (dois fios e blindagem é desequilibrada) e é chamado de single-ended porque o caminho de retorno é o terra.

Um cabo de fone de ouvido balanceado se utiliza de 4 fios (núcleos) de tamanho, comprimento e impedância iguais para conduzir o sinal estéreo. Ele é chamado de equilibrado porque a impedância dos 4 fios é balanceada. Os quatro fios são para: Esquerda +, Esquerda -, Direita + e Direita -. Um cabo de 4 fios balanceado isola de forma natural o ruído causado pela RFI e pela interferência magnética de rápido (RMI) de forma natural devido a dois fios de bitola e comprimento iguais de cada canal estarem captando o mesmo ruído elétrico (um positivo e outro negativo), então quando o sinal de ambos é combinado no alto-falante, o ruído se anula. Adicionar uma blindagem aterrada a um cabo balanceado fará com que reduza mais ainda o ruído.

Diferencial (ou push-pull) e Single-ended (SE)

Existem dois tipos de amplificadores ou seção de amplificação (no caso de estar integrado em algum circuito com DAC e outros componentes), os single-ended (SE) e os push-pull.

Um amplificador (amp) de extremidade (ou terminação) única o sinal permanece inteiro e é tratado de forma integral pelas válvulas (no caso de amp valvulado) ou transistors (no caso de amp Solid State). Nesse tipo de circuito é "enviado" o sinal + (positivo) original para a amplificação e utilizam um aterramento interno para o caminho de retorno do sinal (-) negativo, fazendo com que o amplificador se classifique como desequilibrado.

Já um amplificador push-pull (diferencial) será focado na diferença entre fases. Eles possuem válvulas (ou transistors) em pares que funcionam como imagens espelhadas do sinal de entrada que foi convertido pelo DAC para sinal analógico. Uma válvula "empurra" para amplificar o sinal original (+) e a outra válvula "puxa" ao mesmo tempo uma imagem "espelho" de fase reversa do sinal (-). Ambas as "extremidades" podem ser empurradas e puxadas de forma separada ("amplificação de duas pontas") ou podem ser recombinadas em uma única saída. Quando a amplificação é de duas pontas, é utilizado o conector XLR Duplo de 3 Pinos. Essa separação do sinal em positivo e negativo faz com que não-linearidades, interferências da fonte de alimentação e outras interferências tendam a ser canceladas na saída.

O que é um amplificador totalmente balanceado? (Fully Balanced amp)

A descrição Fully Balanced amp foi criada de maneira informal por audiófilos e não diz o que realmente é o amplificador ou como é feito o seu circuito. Porém, a ideia por traz disso tem um significado em comum entre os entusiastas de áudio e cita três propriedades desenvolvidas para reduzir a interferência:

1 - Entrada balanceada: significa que o amplificador terá impedância idêntica nas entradas (isso significa que o aterramento entre os canais esquerdo e direito não pode ser utilizado). Este tipo de entrada possui duas conexões (positiva e negativa) onde geralmente são utilizados conectores XLR de três pinos.

2 - Amplificação balanceada: significa que a amplificação é feita de maneira separada, com canal esquerdo e direito sem terra comum na condução do sinal. Normalmente é utilizada a amplificação push-pull (diferencial) dupla.

3 - Saída balanceada: significa que a impedância é balanceada (idêntica) entre as linhas de transmissão positivas e negativas (não pode ser utilizado aterramento comum nesse caso). O principal benefício deste tipo de saída é o cancelamento de ruído. A saída balanceada para fones de ouvido normalmente utiliza um soquete XLR de 4 pinos ou um XLR Duplo de 3 pinos cada.

As três propriedades citadas acima podem ser implementadas de forma independente. Um amplificador pode ter entrada desbalanceada (terminação única, terra comum) com amplificação push-pull "balanceada" e fornecer saída balanceada ou de terminação única (single-ended). Há também alguns amplificadores que possuem entrada balanceada com amplificação interna single-ended (terra comum), mas fornecem saída balanceada.

Conexões de linha (line-level)

Conexões de linha é a conexão entre dispositivos e possui um padrão, ao contrário da conexão de saída para fones de ouvido.

Você pode realizar conexões balanceadas e não balanceadas entre dispositivos de diversas formas:

• DAP (Digital Audio Player) -> amplificador
• Smartphone -> amplificador
• PC (desktop ou notebook) -> amplificador
• DAC (Digital to Analog Converter) -> amplificador

Conexões de nivel de linha que não são balanceadas, geralmente utilizam-se de conectores RCA, enquanto as balanceadas normalmente utilizam-se de dois conectores XLR de 3 pinos para entrada e saída. Em ambos os casos, RCA ou XLR, os cabos vão possuir um conector para cada canal (esquerdo e direito).

As conexões não balanceadas são as mais comuns e baratas. Mas esse fato não quer dizer que uma seja melhor que a outra, que é o que veremos abaixo.

Desvantagens das conexões balanceadas

Inicialmente conexões balanceadas parecem, pela descrição do funcionamento, possuir muitas vantagens se comparado com as single-ended e o que muitos audiófilos dizem é que é a melhor escolha sempre para quem quer qualidade. Entretanto, não é tão simples quanto parece. Embora para certas aplicações a conexão balanceada é de fato superior, ela não é imune a falhas.

Ao passo de que as conexões balanceadas proporcionam a redução de zumbido e interferência, a utilização do push-pull (diferencial) nos amplificadores para criar saídas balanceadas também podem afetar a qualidade de áudio, pois a impedância acaba sendo duplicada. O ruído variável (de acordo com a impedância do fone varia) da saída balanceada irá duplicar porque existem dois amplificadores ao invés de um (para o lado esquerdo e para o lado direito).

A confecção de circuitos balanceados são naturalmente mais complexos do que os single-ended. Isso faz com que aumente o risco de imperfeições, falhas, na qualidade final de áudio. Por isso a qualidade dos circuitos balanceados é de suma importância para que não haja problemas de interferência ou ruído no mesmo nível de uma conexão single-ended.

Conexões balanceadas são mais potentes e possuem resposta mais rápida

Alguns pontos surgem ao se discutir os benefícios de conexões balanceadas. Um deles é que esse tipo de conexão fornece mais potência e o outro é que tem uma capacidade de resposta mais rápida. Embora isso seja de fato uma verdade, esses dois fatores oferecerão uma real melhora na qualidade final?

Mesmo havendo um grande incremento na potência de saída pareça ser uma vantagem, temos que lembrar que mais potência não quer dizer uma qualidade de áudio melhor. Se o fone de ouvido for fácil de ser "empurrado" (impedância baixa e sensibilidade alta), muita energia não irá oferecer melhoria sonora alguma.

A taxa de variação de tensão do amplificador se relaciona com a velocidade. É a taxa máxima na qual um amplificador pode responder a uma mudança abrupta na entrada. Essa velocidade é tecnicamente maior nas saídas balanceadas. Porém muito potente e muito rápido não irão significar nada se não for audível. Então é muito relativo falar que uma saída balanceada será melhor que uma SE por conta disso.

Tipos de conectores de fones de ouvido

Os cabos de fones de ouvido possuem uma grande variedade de conectores e é difícil para os iniciantes saber diferenciar um conector balanceado e um SE. É importante alertar que o que diferencia um cabo balanceado de um SE é somente o conector no final do cabo, não o que conecta no corpo do fone.

Tipos de conectores single-ended (SE)

Se o cabo possuir um conector estéreo TRS de 3 polos, ele deverá ser SE, independentemente de ser maior (6,35mm) ou menor (3,5mm). Uma conexão de 3 polos significa que o aterramento será compartilhado e não funcionará em uma saída balanceada. Portanto não é possível converter um cabo SE em balanceado utilizando um adaptador, a não ser que você substitua (soldando) o plugue por um conector balanceado.

No entanto, é possível um cabo balanceado ser convertido para SE através de um adaptador. Isto é possível pois só precisa unir as duas linhas negativas através do adaptador.

É muito comum encontrar conectores TRRS de 3,5mm (P2) em cabos SE. O quarto polo do conector geralmente é utilizado como canal para o microfone.

Observação: Para que seja possível soldar um plugue balanceado e transformar um cabo SE em balanceado, o cabo deve possuir 4 fios (núcleos) para que seja possível a realização do procedimento.

Tipos de conectores balanceados

Normalmente os conectores XLR de 4 pinos são utilizados para conexão de cabos balanceados a um amplificador. Embora sejam conectores mais resistentes e bem feitos, esse tipo de conector para dispositivos portáteis ou algo mais diminuto em casa para um entusiasta de áudio é horrível, pois são muito grandes e pesados.

Alguns fabricantes ainda chegam a adotar a conexão dupla XLR de 3 pinos na tentativa de se obter a qualidade máxima. Aí vai da escolha da pessoa e das capacidades do amplificador.

Já os conectores TRRS de 2,5mm estão se tornando cada vez mais comuns para o uso de conexões balanceadas em dispositivos portáteis. Além de ser pequeno e leve, ainda se tem a diferença de tamanho para facilitar a diferenciação com o a conexão SE de 3,5mm.

É importante alertar que conectar um DAP ou DAC portátil (que possui bateria) a um amplificador de mesa pode gerar zumbido, pois o uso de uma conexão balanceada pode produzir ruído devido a diferença entre referências de aterramento.

Como falado anteriormente, os conectores de fones de ouvido não possuem um padrão como as conexões de linha entre equipamentos. Existem oito tipos diferentes de conectores balanceados para fones de ouvido e uma adicional para fones de ouvido com driver eletrostático:

• XLR de 4 pinos (padrão de amplificador de fones de ouvido não portátil comum)
• XLR duplo de 3 pinos (padrão)
• Mini XLR de 4 pinos
• Mini XLR de 5 pinos (encontrado no DAP Astel&Kern Kann Cube)
• TRRS 3,5 mm
• TRRS 2,5 mm (utilizado em muitos DAPs e amplificadores)
• Kobicon miniature 4-pin Auto-IRIS (relativamente raro, mas encontrado em amplificadores de fone de ouvido equilibrados Ray Samuels RSA e Centrance)
• Pentaconn de 4,4mm de 5 polos (desenvolvido pela Sony e está sendo difundido aos poucos)
• Conector de 5 polos para fones eletrostáticos

Conclusão sobre as conexões balanceadas e single-ended (SE)

Essa é uma opinião pessoal, pode ter quem discorde além de existir casos e casos que variam de acordo com o circuito do amplificador e com o fone utilizado.

A conexão balanceada terá benefícios, se bem implementada, caso o fone de ouvido realmente exija uma potência de saída maior. Porém, isso se consegue geralmente a um custo alto, ou seja, vale mais a pena para o usuário que já está no topo.

Uma conexão single-ended, se bem-feita, atenderá na grande maioria das vezes o usuário proporcionando uma excelente qualidade de áudio a um custo por vezes mais baixo do que uma solução balanceada.

No próximo artigo

O assunto será dividido em dois artigos para que não fique algo cansativo e para que seja mais bem explorado. No próximo artigo (semana que vem) serão abordadas as conexões e cabos digitais utilizados em sistemas de fones de ouvido.

Esse artigo é feito em parceria com o Grupo Fones de Ouvido High-End:

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