Watts RMS, um erro conceitual

Se há uma coisa que me incomoda é a imprecisão na conceituação de um parâmetro ou uma definição mal feita.

Quem acompanha os meus escritos desde a saudosa Revista Antenna lá pelos idos de 1978 quando inicie como “escritor” e, mais tarde no Jornal Ícone, já deve ter percebido esta minha obsessão.

Não tenho dúvidas que fui influenciado por alguns de meus grandes mestres lá na Escola Técnica de Ciências Eletrônicas do Ibratel, dentre eles, meus principais gurus foram Paulo Mendes, Paulo Batista e o Prof. França.

Mais tarde, a formação em matemática também teve papel decisivo nessa preocupação em expressar as coisas corretamente.

Somado a tudo isso, vem a idade. Com o tempo o ouvido fica mais intolerante para escutar bobagens.

Uma das maneiras usuais de se especificar a potência de um amplificador ou transmissor é em watts RMS e como veremos ao longo deste post esta “unidade” de medida não existe e portanto, é um erro conceitual.

Como se não bastasse os tais watts RMS, no áudio, em particular, é comum usar-se também uma “unidade” conhecida como PMPO que na verdade não significa nada e sobre o qual nos pronunciaremos mais adiante.

Em física define-se potência como a variação de energia em um intervalo de tempo. Mas, como usar esta definição para expressarmos a potência de um amplificador de áudio, por exemplo?

E de onde vem esta bobagem: - watt RMS?

Em eletricidade podemos calcular a potência multiplicando-se a tensão aplicada a uma carga pela corrente produzida nesta carga. Esta potência será expressa em ...

Bem, aí depende se a tensão é contínua ou alternada e se a carga é puramente resistiva ou indutiva, pois podemos ter watt, volt-ampère (VA) ou volt-ampère reativo (VAR).

Tá complicado?  Leia nossos posts anteriores dedicados aos técnicos de informática. Certamente lhe ajudarão.

Mas, pera aí, no caso do amplificador de áudio o que se quer “medir” é a transformação de energia elétrica em energia sonora. Entretanto, o valor da potência obtido multiplicando-se a tensão pela corrente numa carga nos dará a capacidade de transformar energia elétrica em calor.

Afinal, você quer amplificar o som ou aquecer o ambiente?

Em outra palavras, você quer saber a potência sonora do amplificador ou, no popular, você quer saber quanto um amplificador berra mais alto que outro?

Entretanto, esta “medição” de “potência sonora” é algo muito subjetivo e por isso, os especialistas em áudio, ou melhor, em marketing, criaram um “padrão especial”, conhecido como o famigerado PMPO cuja tradução é Potência de Saída de Pico Musical, mas na verdade deveria ser traduzido por Potência Máxima Para Otários.

Não existe uma maneira matematicamente correta para relacione a tal potência RMS ou watts RMS com o PMPO e assim, cada fabricante utiliza-se o fator de conversão que mais lhe agrada.

Mas, afinal se watts RMS está errado e PMPO é um engodo com qual ficamos na hora de escolher um aparelho de som no que se refere ao parâmetro potência?

Para que se possa comparar a potência sonora entre vários amplificadores o melhor ainda é ficar com a potência “RMS” que como veremos deveria ser chamada Potência Média.

A questão é que mercadologicamente o termo potência média não tem muito apelo e então os marqueteiros preferem usar potência RMS ou PMPO, pois mesmo que o comprador não entenda o que é acha bonito

Entendendo os conceitos para quem não quer ser enganado

Como já dissemos (varias vezes), uma maneira de se calcular potência em eletricidade é multiplicando-se a tensão aplicada a uma carga pela corrente produzida por esta tensão nesta carga ou matematicamente:

                             Potência = Tensão x Corrente

Em alguns posts aqui deste blog dedicados aos técnicos de informática tratamos este assunto e (novamente) sugerimos a sua leitura para não termos que repetir detalhes que já foram apresentados lá.

No caso particular dos amplificadores precisamos, antes de tudo, saber que tensão e que carga são essas.

Quem faz o papel de carga num amplificador é o alto falante. 

Sob o ponto de vista da eletricidade um alto falante nada mais é que uma bobina, portanto uma carga indutiva que é expressa pela impedância do dito cujo.

Fig. 1 - Onda complexa

O amplificador entrega ao alto falante um tipo de onda complexa que é composta por diversas ondas senoidais de amplitudes e frequências diferentes como você vê na figura 1.

Por isso, fica complicado medir a potência de um amplificador e precisamos separar o que é potência elétrica da potencial musical que é o que efetivamente será ouvido.

Entretanto, a potência musical, como já dissemos, é algo muito subjetivo e não serve para fazer uma comparação “real” entre dois ou mais amplificadores.

Fig. 2 - Medindo a potência do ampmlificador

O melhor então é aplicar um sinal senoidal puro na entrada do amplificador, geralmente, de 1 kHz o observá-lo com um osciloscópio, não sobre o alto falante, e sim sobre uma carga puramente resistiva até o ponto em que a onda começa a distorcer. 

Existem duas razões para usarmos a carga resistiva no lugar do alto falante. A primeira delas é proteger o ouvido de quem está realizando a medição (e também de quem está por perto).

Todavia, o mais importante é que se usássemos o alto falante a carga seria indutiva e aí teríamos que considerar dois tipos de potência: a real em watt e a reativa em volt-ampère reativo. Por isso, para simplificar usa-se uma carga puramente resistiva sem perda apreciável no resultado obtido.

Fig. 3 Onda senoidal pura

O sinal na carga será uma tensão alternada senoidal que por sua vez produzirá uma corrente alternada senoidal e sendo a carga puramente resistiva não haverá deslocamento de fase como se vê na figura 3.

Mas, como medir o valor desta tensão ou corrente se ela é variável?

Pois é aí que entra o conceito de valor RMS da tensão ou da corrente alternada. Já que os valores variam ao longo do tempo iremos trabalhar com um valor médio.

No caso das ondas senoidais puras como da figura 3, se fizermos a média aritmética entre obteremos zero já que a parte acima do eixo horizontal é exatamente igual a da parte de baixo.

Logo não precisamos utilizar outro tipo de média.

Esta média é conhecida matematicamente como RMS do inglês Root Mean Square cuja tradução nos dá Raiz Quadrada da Média do Quadrado.

Os voltímetros comuns são calibrados para medir o valor RMS de uma tensão ou corrente senoidal uma vez que não dá para medir e registrar os valores instantâneos que a tensão ou corrente alternada assumem ao longo do tempo.

Fig. 4 - Parâmetros da onda tensão alternada senoidal

Fisicamente significa que este valor de tensão RMS aplicado a um resistor produzirá a mesma quantidade de calor que uma tensão continua de mesmo valor em tempos iguais

Note, porém que existe um valor instantâneo particular da senóide que é chamado valor de máximo ou valor de pico.

Este valor de pico pode ser obtido, no caso particular da senóide, multiplicando-se o valor RMS medido com o voltímetro por 1,41.

Assim, quando o voltímetro mede 120 V na tomada da sua casa, por exemplo, significa que existem instantes em que a tensão assume o valor de 120 x 1,41 = 169,2 V.

Quando vamos calcular a potência produzida por uma tensão alterna senoidal usamos o valor RMS tanto da tensão como da corrente correspondente e só.

Assim, obtemos a potência média em watt e nada mais.

Não existe potência RMS. O que existe é potência calculada com os valores de tensão e corrente RMS e só.

Por favor, não confundam Carolina de Sá Leitão com Caçarolinha e Assar Leitão!

Dizem que se repetirmos uma mentira muitas vezes ela acaba se tornando verdade.

Pois é. Há tanto se fala potência ou watt RMS que essa bobagem já virou “verdade”. 

Evitei entrar pesado na matemática de assunto para não escorraçar os meus leitores, mas quem quiser se aprofundar nas equações deste assunto recomendo o excelente artigo do Saulo “Watts RMS, a besteira” em

                         http://www.813am.qsl.br/index.php?Itemid=79

Por enquanto é sé.

Até sempre.