TRANSMITINDO A VOZ ATRAVÉS DA TERRA

CARACTERÍSTICAS:
• Um amplificador de áudio, num sistema utilizado na Segunda Guerra Mundial, que transmite sons através da terra.
• Alcance: pode ultrapassar 1 km.

Durante a Segunda Guerra Mundial, quando os alemães ocuparam a França, os franceses radioamadores foram impedidos de usar seus equipamentos, ficando "fora do ar", mas não por muito tempo, pois, as comunicações eram muito importantes para o pessoal da resistência que combatia os invasores secretamente.

Não demorou muito para os franceses descobrirem que o ar poderia ser substituído pela terra no envio de mensagens por meios eletrônicos. Bastava ligar a terra, por meio de eletrodos especiais, a saída de um amplificador de áudio e pronto: os sinais poderiam ser transmitidos à distâncias razoáveis sendo recebidos simplesmente por outro amplificador ou mesmo por um par de fones ligado a terra.

Este processo muito simples de envio de sinais à distância, é hoje uma curiosidade, mas pode ser reproduzido por leitores interessados em usá-lo para comunicados à curta distância, com um vizinho que goste de Eletrônica ou mesmo alguém que more a alguns quarteirões de sua casa e com uma grande vantagem: seus sinais não causam interferências em aparelhos de rádio nem podem ser captados por meios convencionais.

Utilizando um amplificador de aproximadamente 15 watts, semelhante ao recomendado como base para este projeto, o alcance do sistema pode ultrapassar os 500 metros.

O receptor será o mesmo amplificador usado do outro lado, mas com a entrada ligada aos eletrodos ou simplesmente um fone de alta impedância.

COMO FUNCIONA
O princípio de funcionamento do sistema está nos denominados "campos de corrente". Se tivermos um condutor mais ou menos homogêneo como a terra e enfiarmos dois elétrodos, conforme sugere a figura 1, aplicando nos mesmos uma tensão ou um sinal elétrico, a corrente circulante se distribui segundo uma série de linhas imaginárias que determinam um "campo de correntes".

Ao longo de cada linha imaginária do campo de correntes, o potencial decresce num sentido e aumenta no outro, enquanto que perpendicularmente a cada linha podemos traçar outras ou planos que determinam superfícies "equipotenciais".

Dizemos que são superfícies, pois na verdade, a figura representada no plano, se aprofunda na terra sendo tridimensional. Numa superfície equipotencial (como o nome sugere) temos a mesma tensão para o sinal em qualquer ponto considerado, observe a figura 2.

Veja então que, mesmo longe dos elétrodos, fixando outros dois elétrodos, dependendo de sua posição, podemos "captar" uma pequena parcela deste sinal. Entre os elétrodos vai aparecer uma pequena diferença de potencial podendo ser amplificada ou excitar diretamente um instrumento indicador.

Teoricamente, o alcance do sistema é infinito, pois quanto maior for a distância, mais fraco será o sinal, mas ele nunca desaparecerá. Na prática, existe um mínimo que podemos utilizar, pois existem outras correntes e ruídos induzidos na terra que podem, em determinado instante, superar o sinal transmitido, mascarando-o completamente.

Assim, para uma boa potência de áudio, dependendo do terreno, o alcance útil não irá além de alguns quilômetros.

Estamos falando de correntes contínuas e de baixas freqüências. À medida que a freqüência das correntes aumenta entram em jogo outros fatores que vão determinar o alcance da transmissão, mas com correntes de freqüências mais elevadas, as ondas eletromagnéticas resultantes passam a predominar sobre os campos de corrente e já teremos um sistema convencional de radiotransmissão.

Para que tenhamos o máximo de rendimento em um sistema deste tipo, é preciso considerar alguns aspectos técnicos. Assim, se ligarmos a saída de um amplificador de áudio a terra, o sinal amplificado criará um bom campo de corrente que pode ser captado à distâncias consideráveis. No entanto, o máximo de rendimento na formação deste campo vai ocorrer somente se casarmos a impedância do amplificador com a impedância do solo.

A impedância do solo vai depender tanto do tamanho e da separação dos elétrodos, que podem ser barras ou chapas de metal enterradas, como da natureza e umidade do solo. Em condições normais, esta impedância pode variar entre alguns ohms até algumas centenas de ohms.

Um jeito de "casar" a impedância de saída do amplificador com a impedância do sistema de transmissão formado pelos elétrodos é através de um transformador com tomadas que são comutadas por meio de uma chave, veja a figura 3.

Os elétrodos deverão ficar o mais afastados um dos outros quanto seja possível de modo a se
obter maior alcance. Distâncias entre 5 e 15 metros são satisfatórias.

O receptor, na versão mais simples, pode ser um fone de ouvido de alta impedância, o qual será ligado a dois elétrodos com posicionamento apropriado dentro do campo de correntes. Veja na figura 4, que existem dois tipos de posicionamentos relativos para os elétrodos do transmissor e do receptor no campo de correntes, denominados "paralelo" e "tandem".

É possível usar um amplificador no receptor, para melhorar o desempenho do transmissor e com isto o alcance, permitindo ainda a escuta em fones de baixa impedância ou mesmo um alto-falante.

Veja entretanto, que este sistema de comunicação não é sintonizado, ou seja, transmitimos o espectro de áudio inteiro. Isso significa que os sinais de outros sistemas semelhantes que estejam operando na mesma localidade e mesmo os ruídos não podem ser separados.

Descargas atmosféricas, ruídos de máquinas elétricas podem ser captados com facilidade, afetando um pouco a qualidade do sistema. A operação em campo aberto, com amplificador alimentado por bateria é ideal para as experiências.

MONTAGEM
Na figura 5, temos o diagrama de um transceptor baseado num amplificador integrado de 15 W
com o TBA810. Na verdade, qualquer amplificador de áudio pode ser usado em lugar deste, levando apenas em conta que a fonte de alimentação deve fornecer a tensão exigida pelo equipamento. Amplificadores maiores vão proporcionar maior alcance.

Para este projeto, a fonte de alimentação deve fornecer uma tensão entre 9 e 18 V com corrente de pelo menos 600 mA.

Na figura 6, temos o aspecto real da montagem, sem detalhes da placa do amplificador que pode ser de qualquer tipo.
O microfone usado é de eletrodo de dois terminais, o qual fornece um sinal suficiente para excitar a entrada da maioria dos amplificadores com máxima potência. Observe que deve ser usado fio blindado na conexão do microfone, na entrada do amplificador.

O transformador usado nesta versão tem en-rolamento primário, conforme a rede de energia e secundário de 12+12 V com uma corrente de pelo menos 1 A. O capacitor de filtro deve ter de 1500 a 2200 pF com uma tensão de trabalho de 25V ou mais. Os diodos são do tipo 1N4002 ou equivalentes. Para a transmissão não será preciso usar o controle de volume, pois precisamos da potência máxima, mas na recepção o controle de volume é importante.
Assim, o potenciômetro P1 do diagrama pode perfeitamente ser eliminado, o que já fizemos na disposição dos componentes da figura 6.

O transformador de saída T2 pode ser de diversos tipos, pois sua impedância vai depender da forma e tipo dos eletrodos de transmissão. Isso significa que devem ser feitas experiências para obtenção de melhor desempenho com o transformador usado.

Uma possibilidade consiste no uso de um transformador comum de 6+6V, 9+9V ou 12+12V com corrente de 300mA a 1A e primário de duas tensões (110/220 V) e duas chaves que permitam encontrar as posições que resultem no melhor desempenho.
Os elétrodos são barras de metal de pelo menos 60 cm de comprimento ou ainda pedaços retangulares de metal (latas de conservas ou óleo abertas) enterrados profundamente no chão, veja a figura 7.

Ao enterrar, molhe o local e jogue até um punhado de sal para melhorar a condutividade e obter uma impedãncia menor. Os fios de conexão ao eletrodo podem ser comuns e uma separação de pelo menos 10 metros é importante para que tenhamos um alcance de pelo menos 200 metros, com o sistema indicado. Para o receptor temos duas possibilidades: a primeira consiste no uso de um fone de cristal de alta impedãncia ligado da maneira sugerida na figura 8.

Observe que fones de baixa impedãncia como os de walkmen não servem. Para estes, será preciso acrescentar um transformador de saída com pelo menos 1000 ohms de primário. O primário será ligado aos elétrodos e o secundário aos fones de ouvido deste tipo, pois eles são de baixa impedãncia.

A segunda possibilidade consiste no uso de um pequeno amplificador cujo diagrama é mostrado na figura 9.

A alimentação deste pequeno amplificador é feita com 3 ou 6V obtidos de duas pilhas pequenas e os transistores admitem equivalentes. Amplificadores alimentados por pilhas como os que usam integrados, LM386, TDA7052, TDA2002, entre outros podem ser usados no receptor.

Os eletrodos do receptor devem ser instalados do mesmo modo como os do transmissor. Na verdade, podem ser usados os mesmos, com uma chave do tipo falar/ouvir que ligue ora a entrada do amplificador (na recepção) ora a saída do amplificador (na transmissão). Uma possibilidade interessante de aproveitamento de eletrodos, consiste em utilizar o cano de água (desde que seja metálico) para um dos elétrodos apenas (se ligarmos para os dois, a saída será curto-circuitada).

PROVA E USO
Inicialmente, teste o amplificador, ligando um alto-falante em sua saída em lugar do transformador (ou passe a chave S2 para a posição que liga o alto-falante monitor). Falando diante do microfone, ajuste o trimpot ou controle de volume do amplificador para que saia com o máximo de volume, sem distorção. Depois, passe a ligação para o transformador e aos eletrodos, instalando também o receptor. De início, instale o receptor a uma distância pequena do transmissor. Duas pequenas varetas de metal podem servir como elétrodos de captação para as provas iniciais de funcionamento.

Faça as provas, procurando a posição das chaves do transformador que proporcionem melhor rendimento. Se tiver possibilidade, experimente outros transformadores.

Uma possibilidade interessante consiste na utilização de diversos eletrodos que poderiam ser comutados por uma chave, conforme a direção em que se deseja transmitir os sinais.

Depois de instalar seu sistema, ajude seu amigo que vai ter o outro equipamento. A partir daí é só manter as comunicações. Lembre-se que você, assim como o amigo com que vai manter as comunicações devem ter um receptor e um transmissor.

Uma pequena estação completa pode ser estabelecida em sua casa, nas de seus amigos num raio de 500 metros ou mais, dependendo da potência do amplificador.
Na figura 10, temos o modo de usar uma chave falar/ouvir para que somente um par de eletrodos seja necessário numa estação. Como este sistema de comunicações não faz uso de sinais de rádio, não existe na legislação qualquer restrição ao seu emprego.

SUGESTÕES
Aos que se interessarem em aperfeiçoar o sistema, existem diversas sugestões a serem feitas. Uma delas consiste no uso de filtros de tom ou equalizadores que minimizem os ruídos da terra. Outra consiste em modular sinais de freqüências ultrassônicas e receber com filtros decodificadores PLL. Neste caso, podemos ter a sintonia do sistema, e mais de um par de estações poderá operar ao mesmo tempo na mesma região.

LISTA DE MATERIAL
a) Amplificador
Semicondutores:
Cl1 - TDA810AS - circuito integrado

Resistores: (1/8 W, 5%)
R1 - 56 ohms
R2 - 100 ohms
R3 - 1 ohms
P1 - 100 k - trimpot

Capacitores:
C2 - 470uF x 25 V- eletrolítico
C2 - 100uF x 25 V - eletrolítico
C3 - 47 nF - cerâmico ou poliéster
C4 - 2,2 nF- cerâmico
C5, C7 - 100 nF- cerâmicos ou poliéster
C6 - 1000uF x 25 V - eletrolítico

Diversos:
Placa de circuito impresso, radiador de calor
para o circuito integrado, fios, solda, etc.

b) Material restante
T1 - transformador com primário de acordo com a rede local e secundário de12 + 12Vx1A
T2 - Transformador com primário de 110/220 V e secundário de 6 a 12 V com tomada central e de 300mA a 1A
D1, D2 - 1N4002 - diodos retificadores
C8 - 1500uF ou 2200uF x 25 V - capacitor eletrolítico
C9 - 100 nF - capacitor cerâmico ou poliéster
MIC - microfone de eletreto de dois terminais
R4 - 10 k - resistor de 1/8 W
F1 - 1A - fusível
X1, X2 - eletrodos - ver texto
S1 - Interruptor simples
S2, S3, S4 - chaves de 1 pólo x 2 posições

Diversos:
Caixa para montagem, ponte de terminais, fios blindados, cabo de alimentação, suporte de fusível, alto-falante, fios, solda, etc