Impedância, sensibilidade e amplificação: seu fone precisa de um amplificador?

Dois números, duas perguntas

A ficha técnica de um fone com fio traz dois valores que descrevem sua relação com o aparelho que o alimenta.

• A impedância, em ohms (Ω): a resistência que o fone opõe à corrente. Vai de 16 Ω em fones intra-auriculares a 600 Ω em alguns fones de estúdio. Ela indica de que forma o fone pede sua energia: muita corrente se for baixa, muita tensão se for alta.
• A sensibilidade, em decibéis: o nível sonoro produzido para uma dada quantidade de energia. Ela indica quanta energia é necessária.

Um fone de 300 Ω muito sensível pode tocar alto em um celular; um fone de 30 Ω pouco sensível pode continuar tímido no mesmo aparelho. Daí o erro de olhar apenas para os ohms.

A armadilha das duas unidades de sensibilidade

A sensibilidade é expressa de duas maneiras, e os fabricantes nem sempre informam qual:

• em dB/mW: nível sonoro para um miliwatt de potência;
• em dB/V: nível sonoro para um volt de tensão.

Os dois números não são comparáveis entre si. Passa-se de um para o outro por meio da impedância Z:

dB/V = dB/mW + 10 × log₁₀(1000 ÷ Z)

Para um fone de 32 Ω, a diferença é de 15 dB; para 300 Ω, de 5 dB. Um fone anunciado com “100 dB” não significa nada, portanto, enquanto a unidade não for conhecida. Como as saídas de fone se comportam como fontes de tensão, o valor em dB/V é o mais revelador: ele diz diretamente o que você vai obter de um determinado aparelho.

Fazer a conta para o seu fone

É preciso um alvo: para ouvir confortavelmente uma música dinâmica, os picos devem poder chegar a cerca de 110 dB, mesmo que o nível médio fique bem abaixo disso (felizmente para os seus ouvidos). A tensão necessária é calculada assim:

tensão (V) = 10 ^ ((110 − sensibilidade em dB/V) ÷ 20)

Do outro lado, o que as fontes entregam? Um adaptador USB-C para P2 de celular fornece entre 0,5 e 1 volt; a saída de fone de um notebook, de 1 a 2 volts; uma interface de áudio ou um amplificador de mesa, de 3 a mais de 10 volts.

A conclusão está na tabela. Com um adaptador de 1 volt, o fone de 300 Ω não passa de 97 dB nos picos: funciona, dá para ouvir música, mas sem folga. As passagens fortes ficam achatadas e a impressão é de um som sem vida, “que não decola”. É exatamente a situação em que um amplificador muda a escuta.

O que um amplificador faz, e o que não faz

Um amplificador de fone fornece a tensão e a corrente que a fonte não tem. Se o seu fone não chega ao volume necessário ou satura nos picos, o ganho é evidente. Se ele já tocava alto o bastante, com som limpo, o amplificador não acrescentará detalhes nem “musicalidade”: um bom amplificador é transparente por definição.

O DAC (conversor digital-analógico) é uma questão à parte: ele transforma os dados digitais em sinal elétrico. O de um celular ou de um computador recente costuma ser irrepreensível na escuta. Troca-se um DAC quando a saída chia, tem estalos ou não tem potência suficiente, não para ganhar resolução.

A regra do um oitavo

Toda saída de fone tem sua própria impedância, chamada impedância de saída. Se ela for alta demais em relação à do fone, aparecem dois defeitos: os graves perdem controle, e a resposta de frequência se deforma.

O segundo efeito atinge sobretudo os fones cuja impedância varia muito com a frequência, em especial os intra-auriculares com vários drivers de armadura balanceada: ligados a uma saída inadequada, eles literalmente mudam de assinatura. A regra prática é simples:

A impedância de saída da fonte não deveria ultrapassar um oitavo da impedância do fone.

Para fones intra-auriculares de 16 Ω, isso impõe uma saída de 2 Ω no máximo. Os adaptadores de celular e os amplificadores modernos fazem bem melhor que isso; o problema está nos aparelhos de som antigos e em alguns amplificadores valvulados, com saídas de 100 Ω ou mais.

Por que ainda existem fones de alta impedância?

Em um estúdio, antigamente um mesmo amplificador alimentava vários fones em paralelo: impedâncias altas evitavam sobrecarregá-lo. Uma bobina de fio mais fino e mais longo também deixa mais leve o conjunto móvel (bobina e diafragma), o que favorece a precisão. Por fim, um fone de alta impedância é pouco sensível ao chiado eletrônico da fonte. Muitos modelos de estúdio existem em várias versões (32, 80, 250 Ω): a mais baixa para uso portátil, a mais alta para uso fixo.

Fontes e referências

1. IEC 60268-7 — Sound system equipment: headphones and earphones
2. IEC 61938 — Multimedia systems: guide to the recommended characteristics of analogue interfaces