Sonorização da maqueta

Estamos rodeados de sons. Estejamos em casa, na rua, no trabalho ou numa estação ferroviária, estamos sempre a ouvir os sons produzidos por pessoas, máquinas, animais, até o vento ou o sino da igreja.

As nossas maquetas, que pretendem reproduzir uma cena real ou idealizada, não estão completas sem que lhes seja adicionado o som inerente à cena representada.

Hoje em dia, com o advento do DCC, as locomotivas podem reproduzir os sons que as caracterizam produzindo um efeito de realismo.

Na maqueta a introdução de sons relacionados com as cenas representadas incorpora um realismo adicional que melhora substancialmente o ambiente que pretendemos transmitir.

Algumas marcas comerciais vendem produtos que reproduzem som ambiente. Na generalidade carecem de realismo pois muitos destes produtos usam som sintetizado. Em muitos casos a duração está limitada a poucos segundos. Na esmagadora maioria são caros para o efeito que produzem.

Muitos modelistas têm elaborado sistemas de som ambiente recorrendo à reprodução de CDs, usando um MP3 player ou fazendo reproduzir sons de um computador ligado à maqueta, só para dar alguns exemplos.

Foi por acaso que descobri a placa de que vos vou falar. Lendo as especificações imediatamente compreendi que seria uma alternativa de simples implementação, barata e extraordinariamente versátil.

Neste artigo vamos implementar um sistema de som ambiente para a nossa maqueta.

Ferramenta necessária

1. Ferro de soldar.

Lista de material

Esta é a lista de material necessário para construir o sistema de som ambiente para a maqueta.

1. 
Placa de som (1 peça). A placa de som usada é a Adafruit – Audio FX Sound Board + 2x2W Amp – WAV/OGG Trigger -16MB.
Pode ser encontrada nesta loja em Espanha por cerca de 35 Euros. Em Portugal é substancialmente mais cara. Ter em atenção que existem 4 variantes desta placa, a que precisamos é a mencionada a negro no início deste parágrafo.
https://tienda.bricogeek.com/accesorios-robotica/1491-adafruit-audio-fx-con-amplificador-2w.html?search_query=adafruit+sound+fx&results=1

A placa é fornecida com 2 conectores para ligar os altifalantes e duas barras de pinos para fazer as restantes ligações.

2. 
Altifalantes, o proposto ou similar (2 peças).
De preferência usar dois altifalantes de 4Ω e pelo menos 2W.
https://tienda.bricogeek.com/varios/1692-altavoz-40mm-3w.html

3. 
Interruptor de alavanca miniatura 2 posições estáveis – ON-ON (1 peça).
https://mauser.pt/catalog/product_info.php?cPath=324_1401_1404&products_id=010-0084

4. 
Botão interruptor de pressão unipolar SPST OFF-ON (número de peças dependente da configuração).
https://mauser.pt/catalog/product_info.php?cPath=324_1401_1403_1633&products_id=010-0863

5. 
Jumper Dupont macho-fêmea (número de peças dependente da configuração).
https://mauser.pt/catalog/product_info.php?cPath=1874_640_1221&products_id=096-4681

Software e arquivo de sons

Para conseguirmos produzir os sons para introduzir na placa vamos precisar de um editor de áudio.

Aconselho o Audacity mas poderão usar qualquer editor que exporte os ficheiros de áudio para formato OGG.

O Audacity é um software de edição de áudio de utilização livre muito popular e a interface está traduzida para português. É possível encontrar na internet muitos vídeos de ajuda.

Vamos precisar de ter acesso a ficheiros de som para podermos construir os nossos ficheiros de áudio.

Na freesound.org poderão pesquisar e encontrar os sons necessários. Esta biblioteca tem milhões de sons que poderão ser usados gratuitamente.

https://freesound.org/

Características da placa Adafruit – Audio FX

Figura 1. Implementação básica do sistema de som para maqueta.

Na figura 1 é mostrada a configuração básica do sistema de som ambiente. Em (1) temos a placa Adafruit – Audio FX, em (2) a fonte de alimentação (3 a 5 V DC), em (3) os dois altifalantes e em (4) os botões de pressão (gatilhos) que fazem ativar os sons.

A placa de som tem muitos recursos que a tornam muito fácil de usar:

  • Não requer Arduino ou outro micro-controlador, é completamente autónoma, apenas precisa de uma fonte de alimentação de 3 a 5,5V DC. (5 V DC recomendado);
  • Pequena, apenas 48 mm por 22 mm;
  • Armazenamento de 16 MB embutido na placa para proporcionar até 15 minutos de áudio estéreo em formato OGG (pode ser duplicado usando áudio mono);
  • USB de armazenamento em massa integrado, ligue o computador à placa através de um cabo micro USB para transferir os ficheiros de áudio para a placa;
  • Pode reproduzir áudio compactado (OGG) ou não compactado (WAV);
  • Som de alta qualidade de 44,1 KHz de 16 bits;
  • Podem ser ligados até 11 botões ou interruptores (gatilhos) para acionar os ficheiros de áudio;
  • Amplificador estéreo classe D integrado com 2 × 2,2 W de potência de saída. Podem ser ligados  altifalantes de 4 ou 8 ohms;
  • Saída de linha estéreo;
  • 5 modos diferentes de acionamento (gatilhos) que cobrirão uma grande variedade de opções sem qualquer programação.

Conhecer a placa Adafruit – Audio FX

Seguidamente serão descritas as partes e pinos da placa. Só serão descritas as partes da placa relevantes para o projeto.

Figura 2. Imagem da placa, vista do lado dos componentes.
Figura 3. A parte destacada mostra o conector micro USB.

Precisamos de um cabo micro USB padrão para ligar a placa ao computador para possibilitar a transferências dos ficheiros de áudio.

Nota: Não será possível reproduzir áudio enquanto a placa estiver ligada por USB ao computador.

Figura 4. A parte destacada mostra os pinos de ligação para os altifalantes.

A placa tem saída para dois altifalantes, lado esquerdo e direito, uma vez que o som da placa é estéreo. As saídas são de carga ligada em ponte (BTL), portanto, não ligue R+ a L+ e R- a L- para obter mais potência, pode danificar o chip. Se só usarmos um alto-falante basta ligar o canal desejado.

A placa é fornecida com dois conectores que devem ser soldados na parte destacada da figura 4.

O amplificador pode acionar altifalantes de 8 ohm ou 4 ohm, até 2,8 W.

Altifalantes de 4 ohms soarão mais alto do que os de 8 ohms.

Com alimentação de 5V o som será mais elevado do que com alimentação a 3V.

Figura 5. A parte destacada mostra os pinos de ligação para a alimentação da placa.

A placa será alimentada a partir de uma fonte de alimentação de 5 V DC.

Nos pinos destacados deve ser soldada uma barra de dois pinos. Ao pino Vin será ligado o positivo (+) e ao pino Gnd será ligado o negativo (-) da fonte de alimentação. 

Figura 6. A parte destacada mostra os pinos de ligação para controlo de volume do som.

Nos pinos destacados deve ser soldada uma barra de dois pinos.

Use dois botões interruptor de pressão para controlar o volume do som.

Conecte os botões que vão de cada pino ao negativo, quando o botão estiver pressionado, o volume diminuirá ou aumentará conforme do botão pressionado (explicação em detalhe na figura 10).

O nível do volume não ficará registado na placa. Após cada reinicialização o nível de som terá de ser reposto.

Figura 7. A parte destacada mostra os pinos de ligação para acionamento dos sons.

Nos pinos destacados deve ser soldada uma barra de onze (11) pinos.

Mesmo que inicialmente não pense usar todos os onze pontos de acionamento deve soldar a barra de onze pinos pois no futuro poderão ser usados.

Nota: Não soldar os pinos que não são mencionados, assim evitamos ligações não desejadas.

Cada um destes pinos pode ser acionado ligando o pino ao negativo. Podemos ligar cada um destes onze pinos a um botão interruptor de pressão para quando este for pressionado o som começar a tocar (explicação em detalhe na figura 10).

Modos de acionamento

Uma das características mais interessante desta placa é a facilidade com que podemos tocar os sons desejados sem termos de recorrer a programações complicadas. Basta nomear os ficheiros de áudio da forma como a seguir se explica para podermos ter inúmeras configurações diferentes.

Contrariamente aos produtos comerciais de sons para modelismo, em que os sons não podem ser alterados, nesta placa podemos renovar os ficheiros de áudio conforme e sempre que desejado.

A placa possibilita cinco modos de acionamento diferentes para obter o efeito desejado, a saber:

Acionamento básico – nomear um ficheiro Tnn.WAV (ou Tnn.OGG) para que o arquivo de áudio seja reproduzido quando o botão de acionamento correspondente nn for ligado momentaneamente ao negativo (-).

Acionamento permanente – nomear um ficheiro TnnHOLDL.WAV (ou .OGG) para ter o áudio a tocar apenas quando o botão de acionamento correspondente nn se mantiver ligado ao negativo (-). O áudio tocará continuadamente até que o contacto seja quebrado.

Acionamento repetido – nomear um ficheiro TnnLATCH.WAV (ou .OGG) para ter o áudio a tocar quando o botão de acionamento correspondente nn for ligado momentaneamente ao negativo (-). O áudio tocará continuadamente. Para parar a ação pressione novamente o mesmo botão.

Acionamento do próximo – fazer com que até 10 ficheiros sejam reproduzidos um após o outro, nomeando-os de TnnNEXT0.WAV (ou .OGG) a TnnNEXT9.WAV (ou .OGG). Começará a reproduzir TnnNEXT0 e a cada vez que o botão de acionamento for pressionado passará para o número seguinte até acabar a sequencia, depois voltará ao primeiro.

Acionamento aleatório – nomear ficheiros de TnnRAND0.OGG até TnnRAND9.OGG para serem reproduzidos, de forma aleatória, um de cada vez sempre que o botão de acionamento correspondente nn for ligado momentaneamente ao negativo (-).

Figura 8. Exemplo de estrutura de ficheiros a introduzir na placa. Os 3 primeiros ficheiros estão relacionados ao pino 1 (T01) e são de acionamento aleatório (RAND0 a 3), sempre que o botão 1 for premido a placa tocará um destes 3 sons de forma aleatória.

Os 3 ficheiros seguintes funcionam da mesma maneira com a diferença que estão ligados ao botão 2.

O ficheiro T03LATCH está ligado ao botão 3 (T03), quando premido faz a placa tocar este ficheiro e como é um ficheiro de acionamento repetido (LATCH) o áudio tocará repetidamente até que o botão seja novamente premido.

Os restantes ficheiros, T04 a T06 tem o mesmo tipo de funcionamento só que ligados aos botões 4, 5 e 6.

Criando ficheiros de áudio

A placa de som não suporta áudio MP3, se tiver ficheiros deste tipo terão de ser convertidos para OGG ou WAV.

Na placa podem ser usados simultaneamente ficheiros no formato OGG e WAV.

Há alguns prós e contras para cada um destes formatos:

  • No formato OGG o ficheiro está compactado, mas ainda soa muito bem. Se pensa usar muitos minutos de áudio terá que recorrer a este formato.
  • No formato WAV o ficheiro não está comprimido por isso é da mais alta qualidade, mas ocupa mais espaço.

Gerar arquivos de áudio, especialmente se se pretende mantê-los pequenos, pode requerer um pouco de experimentação: taxas de bits e taxas de amostragem mais altas soarão melhor, mas ocuparão mais espaço. Pode usar a taxa de amostragem de 44,1 KHz, que é basicamente qualidade de CD de áudio, ou até talvez 8KHz para voz gravada.

Outra maneira de economizar espaço é converter arquivos estéreo em mono. O decodificador suporta estéreo, mas se tiver apenas um altifalante os ficheiros poderão ser em mono e assim ocuparão apenas metade do espaço.

Alguns exemplos de espaço ocupado com o formato WAV

A placa suporta áudio estéreo até 44.KHz/16 bits.

  • WAV 44,1 KHz 16 Bit – (2 bytes * 2 canais * 44100) = ~175 KB por segundo, então 2 MB podem conter 12 segundos, 16 MB podem conter 90 segundos.
  • Mono WAV 44,1 KHz 16 Bit – (2 bytes * 1 canais * 44100) = ~88 KB por segundo, então 2 MB podem conter 23 segundos, 16 MB podem conter 180 segundos (3 minutos).
  • Stereo WAV 22 KHz 16 Bit – (2 bytes * 2 canais * 22050) = ~88 KB por segundo, então 2 MB podem conter 23 segundos, 16 MB podem conter 180 segundos (3 minutos).
  • Mono WAV 22 KHz 16 Bit – (2 bytes * 1 canais * 22050) = ~44 KB por segundo, então 2 MB podem conter 45 segundos, 16 MB podem conter 6 minutos.
  • Stereo WAV 11 KHz 16 Bit – (2 bytes * 2 canais * 11025) = ~44 KB por segundo, portanto, 2 MB pode conter 45 segundos, 16 MB pode conter 6 minutos.
  • Mono WAV 11 KHz 16 Bit – (2 bytes * 1 canais * 11025) = ~22 KB por segundo, então 2 MB pode conter 90 segundos, 16 MB pode conter 12 minutos

Formato Ogg Vorbis Comprimido

Pode converter qualquer tipo de ficheiro de áudio para Ogg.

Por ser compactado perde um pouco de qualidade mas é muito improvável que seja perceptível a diferença.

A taxa de compressão dos ficheiros é de 1:5 a 1:10 quando comparado com o formato WAV isto tem como resultado que no formato Ogg poderemos gravar entre 5~10× mais tempo de áudio.

Ajustar o ganho do amplificador de saída

O nível do som nos altifalantes pode não ser suficiente para ser bem audível em ambientes com muito ruído de fundo, como em exposições.

A placa é fornecida com uma configuração de ganho de 6dB para evitar que os altifalantes (se forem pequenos) possam ser danificados.

Este ganho pode ser aumentado, para fazer soar o som mais alto, intervindo em dois pontos, G0 e G1, no verso da placa.

Figura 9. A parte destacada mostra os pontos G0 e G1.

Os pontos G0 e G1 funcionam como jumpers, quando as duas placas de cobre estão ligadas, através do pequeno troço de cobre entre elas, o jumper está ligado.

No caso de pretendermos aumentar o nível de som na saída começamos por retirar, com a ajuda de um X-acto, o pequeno troço de cobre que une as duas placas do jumper G1.

Configurações de ganho possíveis na placa

G0 ligado + G1 ligado = 6 dB de ganho (configuração original)

G0 ligado + G1 desligado = 12 dB de ganho

G0 desligado + G1 ligado = 18 dB de ganho

G0 desligado + G1 desligado = 24 dB de ganho

Notas finais

Como já foi dito anteriormente esta placa é extraordinariamente versátil e facilmente conseguimos configurações de som ambiente para a maquete.

Vou dar como exemplo a minha maqueta de 2 módulos. No módulo do lado esquerdo temos um ambiente campestre com uma casa rural, animais de capoeira, árvores e gado a pastar. Do lado direito temos uma pequena aldeia com casas, café, escola e igreja e ainda a estação ferroviária.

Arranjei, na freesound.org sons ambiente relacionados com as temáticas envolvidas. Para o lado esquerdo sons de vacas, galinhas, cabras, tratores, sapos e grilos, etc. Para o lado direito sons de carros, crianças a gritar no recreio da escola, o sino da igreja, etc.

No Audacity fiz a mistura dos sons de forma a que no lado esquerdo do áudio só se ouvissem os sons do campo e no lado direito os da aldeia. Desta forma foi possível combinar no mesmo ficheiro de áudio os dois ambientes representados.

Foram criados ficheiros de áudio que correspondem a uma hora do dia, amanhecer, dia e noite. Em combinação com a iluminação da maqueta e reproduzindo o ficheiro de áudio correspondente torna-se possível criar ambientes em que tudo faz sentido.

Figura 10. Exemplo de esquema de ligações. 

Reproduzem-se aqui os sons mencionados na figura 8 usando a configuração da placa e respectivos botões de acionamento dos sons exemplificados na figura 10.

Premindo o botão 1 será reproduzido, aleatoriamente, um destes 3 sons:

Premindo o botão 2 será reproduzido, aleatoriamente, um destes 3 sons:

Premindo o botão 3 será reproduzido este som continuamente até o mesmo botão ser novamente premido:

Som ambiente representando o amanhecer.

Premindo o botão 4 será reproduzido este som continuamente até o mesmo botão ser novamente premido:

Som ambiente representando o dia.

Premindo o botão 5 será reproduzido este som continuamente até o mesmo botão ser novamente premido:

Som ambiente representando o dia.

Premindo o botão 6 será reproduzido este som continuamente até o mesmo botão ser novamente premido:

Som ambiente representando a noite.

Descarregar a versão deste artigo, sem os sons, em formato PDF.

Eduardo Pulido, 13.11.2022

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