Construçao de caixas acústicas

Construçao de caixas acústicas

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O porque da necessidade de caixas

Caixas acústicas são na realidade um sistema eletromecânico, onde existe um motor, que é a bobina do alto-falante, e acoplamentos mecânicos entre o alto-falante e o ar. Um alto falante, ao movimentar seu cone, gera uma onda de pressão sonora na sua dianteira e outra de sinal contrário em sua parte posterior. Em freqüências baixas, onde a onda sonora é muito difusa, ocorre o encontro das duas frentes de onda. Sendo a primeira negativa e a segunda positiva, estas se cancelam antes de chegar aos nossos ouvidos. Você nunca escutaria os sons mais graves. A função da caixa é isolar as emissões frontais do alto falante das emissões de sua parte traseira, as quais devem ser completamente absorvidas pelo interior da caixa ou aproveitadas de forma positiva, como ocorre nas caixas refletoras de graves. Para qualquer tipo de caixa, suas dimensões irão influir não só na segurança do alto falante, mas principalmente em sua resposta de freqüências.

O projeto de caixas acústicas está intimamente ligado a três parâmetros dos alto falantes:

y VAS -> Conhecido como volume equivalente do alto falante, pode ser entendido como o volume de ar que oferece a mesma resistência ao movimento do cone que a sua suspensão ou borda. y QTS -> É um fator de qualidade total do alto-falante. Para fazer suas caixas de sub graves, de preferência a transdutores com quantidade inferior a 0.7 ou mesmo 0.6 para que não resulte em caixas muito grandes e de baixa qualidade. y FS -> É a freqüência de ressonância ou freqüência natural de vibração do alto falante ao ar livre.

Para começar o projeto de sua caixa você deve estar de posse ao menos destes dados do alto falante que irá utilizar. Se este dados não constarem no manual do aparelho, procure na loja de quem lhe vendeu, mas é mais provável que em uma ligação rápida ao fabricante ou busca na internet, você consiga estes dados e muitos outros referentes ao modelo do alto falante que deseja usar.

Dados importantes dos alto-falantes parâmetros Thielle-Small

Entrar em detalhes de como acorre a interação entre alto-falante, ar e caixa está fora da finalidade desta apostila. Este trabalho já fora traçado em 1961 por dois pesquisadores australianos: Neville Thielle e Richard Small. Neville Thielle foi o pioneiro no estudo de caixas acústicas “Bass Reflex”, aquelas que possuem um duto de sintonia. Seus trabalhos visavam encontrar um método para a correta determinação do volume da caixa e sua freqüência de ressonância em função das características dos alto-falantes. Richard Small veio logo depois e ampliou os trabalhos de Thielle. Como resultado, nasceu uma padronização para a fabricação e

Copyrigth. - 2005 - DJ BELEX - Todos os Direitos Reservados djbelex@hotmail.com 3 medida de parâmetros de alto falantes e caixas acústicas, uma série de constantes conhecidas como parâmetros Thielle-Small. Os parâmetros Thielle-Small são constantes específicas de cada alto falante, São as características mecânicas e elétricas de determinado transdutor reduzidas a números. Estes parâmetros são os dados de entrada para os cálculos de nossas caixas e muita atenção será necessária pois um cálculo descuidado não só irá contribuir para uma qualidade chula mas também é possível que se cause danos aos alto-falantes. E a última coisa que queríamos ver é um alto falante novinho passar a “arranhar” tornando impossível a audição. Este acidente em especial se dá normalmente por sobre-excursão do cone do alto falante. Este literalmente “soca” sua bobina no fundo do conjunto magnético e a empena. Muitos acham bonito ver uma caixa que tenha um alto falante fazendo movimentos exagerados, mas o fato é que a caixa do dito cujo foi projetada com deficiência. Nas baixas freqüências, mesmo aplicando potências muito inferiores a suportada pelo alto-falante, ocorrem movimentos vigorosos e a bobina pode bater com força no fundo do conjunto magnético. Nem sempre isto pode ser evitado, sendo necessário adicionar um filtro que proteja o equipamento das freqüências muito baixas.

Parâmetros de Falantes e caixas

Fs: Freqüência de oscilação natural (ressonância) do falante ao ar Livre

Qes: Fator de perdas de eficiência do alto-falante ao ar livre, considerando apenas perdas elétricas.

Qms: idem, considerando perdas mecânicas.

Qts: Fator de qualidade total do alto falante, inclui parcelas de perdas elétricas e mecânicas.

Vas: volume equivalente, pode ser entendido como o volume de ar que oferece a mesma resistência ao movimento do cone (complitância acústica) que a sua suspensão ou borda

NO: Rendimento do alto-falante

Xmax: excursão máxima do cone em uma direção, para que a bobina permaneça dentro do campo magnético uniforme do ima. Este não é o limite mecânico, se ultrapassar xmax irão ocorrer distorções no som devido a não-linearidade do campo magnético, mas isto não danificará o falante.

Vd: Volume de ar deslocado pelo alto falante quando se movimenta dentro dos limites de Xmax.

BL: densidade de fluxo magnético no gap, multiplicado pelo comprimento de bobina percorrido por este fluxo.

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Sd: Área efetiva do cone do alto-falante

Re: Resistência da bobina em corrente contínua, é dada em ohms assim como a impedância, mas não é igual

Le: indutância da bobina medida em mH (milihenries)

Z: impedância. Resistência da bobina a passagem de corrente alternada. Varia conforme a freqüência, portanto este é o menor valor assumido. (medido em Ohms). PE: Potência elétrica suportada pela bobina do alto falante, dada em Watts

SPL: Sound pressure level - nível de pressão ou intensidade sonora, medido em dB. Refere-se também a eficiência do falante, quando medida a 1m de distância, sendo aplicado 1W.

Vb: Volume interno de uma caixa , em litros

Fb: Freqüência de ressonância do sistema caixa+duto. Também conhecida como freqüência de sintonia do duto.

Fc: Freqüência de ressonância de um sistema de caixa selada.

F3: Freqüência da qual a intensidade sonora cai para a metade da intensidade de referência, isto é, freqüência onde a intensidade cai -3dB

Qtc: Eficiência de um sistema de caixa selada, na freqüência de ressonância. 0,71 é o valor que proporciona a resposta mais plana, porém, e mais comum é usar valores entre 0,9 e 1 devido ao reforço nos graves obtido.

Não se preocupe em decorar nada, No momento em que estes parâmetros forem necessários nos cálculos, basta voltar no texto e relembrar.

Qualidade , mercado e valores de potência

O mercado de alto-falantes hoje em dia é um “campo minado”. Se você procurar um pouco, poderá encontrar muita coisa boa, mas duvido que não vá esbarrar em muita “bomba” que tem por aí. Devido ao fato do público de som automotivo geralmente não conhecer de dados técnicos dos alto-falantes, o fabricante abusa da publicidade e pecam na qualidade final. Falantes coloridos, que brilham, cromados etc. Não tenho nada contra, mas nem sempre esta maquiagem significa que tocam melhor. Como o foco da atenção dos fabricantes está sobre o mercado automotivo e profissional, fica difícil encontrar alto-falantes destinados a outras aplicações que requerem mais qualidade. O pessoal que gosta de som residencial e hi-fi acabou prejudicado, pois nas lojas só se encontram os

Copyrigth. - 2005 - DJ BELEX - Todos os Direitos Reservados djbelex@hotmail.com 5 equipamentos profissionais, que esbanjam robustez, mas não tem qualidade a altura de um sistema hi-fi. E os automotivos, que possuem parâmetros e até formatos otimizados para serem aplicados em veículos. A solução recai sobre os importados. Isto não quer dizer que você não pode usar um falante automotivo para fazer uma caixa para seu Home Theater, é na hora dos cálculos que você começara a ver grandes diferenças que irão definir sua escolha. Com um pouco de vivência com os parâmetros técnicos dos alto-falantes logo você estará conseguindo separar as razões.

De início, comece a desconfiar daquelas marcas que tentam lhe enganar com valores de potências absurdos, como está explicado mais abaixo. Também pense duas vezes antes de adquirir alto-falantes de imas pequenos e bordas estreitas para caixas de subgraves.

que 0,5 e não compre falantes caros para isso, não compensa

Evite falantes de QTS alto (>0,5) quando você estiver querendo sistemas compactos. Mas se, apesar do baixo rendimento, quiser usar alto-falantes fora de caixas, como no tampão, use aqueles de QTS maior

Visualmente, o falante que lhe proporciona bom rendimento em caixas sub-graves compactas é ode ima grande (QTS baixo), borda larga e macia (baixa complitância = VAS baixo) e cone robusto. É muito importante observar a qualidade e rigidez do cone, bem como a qualidade das bordas e colagens. Observe sempre a sensibilidade do falante (SPL). Deve estar especificada em dB W/m. Isto quer dizer que um alto falante de SPL=93dB W/m, ligado a um amplificador de 250W toca igual a outro de 90dB W/m ligado a um sistema de 500W (lembre-se que ao dobrar a potência, você está aumentando a sensibilidade em apenas 3dB ( ref. 2). Baseie-se também pelos anúncios e catálogos de fabricantes que já atuam a algum tempo com sucesso no ramo de sonorização profissional e hi-fi. Isto porque equipamentos de má qualidade não sobrevivem nestes mercados e provavelmente a mesma tecnologia e atenção que dão aos seus produtos “top” darão aos demais.

Sobre potências e RMS x PMPO

Lembre-se, não existe alto-falante “com potência de X watts”. Alto falante é um componente passivo, que transforma energia, na verdade, um alto falante de 120W RMS suporta eletricamente 120W sem queimar, porém se for ligado em um amplificador de 50W , tocará igual a qualquer outro alto-falante parecido e de menor potência: 50W. Isto sem contar que tem muita perda no caminho antes de virar som. O fabricante que apresenta como primeiro dado de seu alto-falante o valor da potência, tem a nítida intenção de te “ganhar no papo”, cuidado.

Com relação aos valores de potência, o leitor já deve ter se deparado com números assustadores e não coerentes. Por exemplo, um aparelho três em um a venda no supermercado tem uma etiqueta que diz possuir 4000 Watts de potência. Óbvio que esta informação não é real. Isso seria admitir que este aparelho consome tanta energia quanto meu chuveiro elétrico. O que acontece nestes casos é a unidade de medida que o fabricante utilizou. Na maioria das vezes, potência PMPO, ou seja, uma

Copyrigth. - 2005 - DJ BELEX - Todos os Direitos Reservados djbelex@hotmail.com 6 forma de medir a potência máxima que o aparelho pode gerar, mesmo que seja por um instante mínimo de tempo, até menor que centésimos de segundo. Como não há padronização para esta medida, o fabricante “inventa” como ele quiser a maneira que vai utilizar para fazer a medição da potência PMPO.

Isto trata-se de uma jogada de “marketing”. Tanto é que basta reparar: a potência dos novos aparelhos aumenta espantosamente enquanto estes continuam diminuindo de tamanho. Ora então porque os amplificadores para shows raramente passam dos 4000W e continuam tão grandes? - vai entender! A medição de potência padronizada pela ABNT é a que vale. Medida em um período de tempo padronizado onde se possa definir a potência média que foi trabalhada pelo aparelho sem que ocorra sua queima. Esta é a potência RMS ou conhecida como potência real média, esta serve como parâmetro de comparação e deve vir sempre especificada pelo menos no manual do fabricante.

Já me deparei com aparelhos que anunciavam 400W na frente de seu painel, mas no manual estava especificada a potência RMS de míseros 6W por canal. Este mesmo raciocínio vale para alto falantes. Nossa referência é potência RMS. Ainda temos um agravante. Esta potência é a que o alto falante suporta eletricamente. Na maioria das vezes o limite mecânico imposto pelo Xmax ocorre antes que toda a capacidade de potência do alto-falante seja aproveitada. Por isso torna-se importante o cálculo e simulação da caixa antes da compra do alto-falante.

Em música existe um parâmetro conhecido como dinâmica (ref: 3). Isto é a diferença entre o som mais “fraco” que toca em uma música e o mais “forte”. Qual quer aparelho em volume médio deve conseguir reproduzilos todos. Vejamos o exemplo de uma típica musica de rock. Se tomarmos somente a variação dinâmica entre o volume médio normal no decorrer da música e os momentos de pico, encontraremos uma variação de 12dB, isto chama-se fator de crista (ref: 6). Agora vejamos, se o sujeito estiver ouvindo em um volume onde o desenvolvimento normal da música consome 2W do sistema. Quando em uma passagem mais forte da música, como um grito do vocalista ou uma base de guitarra onde atinja 12dB acima do nível médio, veja qual a potência necessária para reproduzi-lo:

Veja que não é todo aparelho que fornece esta potência.

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