Curso de Caixas Acsticas Parte 4 capacitores, divisores de frequncia e atenuadores Autor: Fernando A. B. Pinheiro

Entrar em uma loja e escolher os falantes faclimo. Conseguir um marceneiro para fabricar a estrutura da caixa mais complicado, mas nada difcil. Duro fazer tudo funcionar bem, em um conjunto bastante equilibrado. Para "equilibrar", ou seja, fazer os alto-falantes trabalharem em harmonia, utilizamos divisores de frequncia e atenuadores. Esses componentes que no vemos (ficam internos s caixas de som) muitas vezes so os grandes responsveis pela qualidade do que ouvimos.

Os divisores de frequncia tem 3 funes bsicas:

1) Proteo dos falantes

Se voc colocar um tweeter diretamente ligado ao amplificador, ver que ele s "falar" o que ele sabe "falar: sons agudos. Mas uma msica tem sons graves, mdios e agudos. Tudo o que um alto-falante no consegue responder vira calor. Se a potncia for aumentada, o tweeter rapidamente queimar, seja qual tipo for (piezoeltricos, cone de papel, supertweeter, etc). O mesmo acontece com os mdios e drivers.

Independente da potncia, os falantes de mdios e agudos precisam ser protegidos das freqncias que no conseguem responder (os sons graves), sob risco de queima. Os woofers apresentam menos esse problema, dado o seu maior tamanho e peso (inrcia maior). Mas eles apresentam melhor sonoridade se receberem apenas os sons que conseguem reproduzir.

2) Ajuste da resposta de frequncia

Cada falante tem uma resposta de frequncia. Quando usamos um conjunto de falantes, muitas vezes dois deles podem "falar" a mesma frequncia (por exemplo, um woofer de 10" com resposta de 70Hz a 4KHz em conjunto com um driver titnio com resposta de 800Hz a 18KHz). S que tal situao no boa, pois a sobreposio de frequncias (2 "falando" a mesma coisa) gera excessos indesejados naquela frequncia. Na prtica, melhor que cada faixa de frequncias s seja respondida por um determinado falante. E pelo alto-falante que melhor responder essa frequncia. Um woofer e um driver, por exemplo, ao responder uma mesma faixa de frequncias, o fazem com sonoridades diferentes.

Veja o exemplo. Caixa acstica de 3 vias com:

- woofer 12" - resposta de frequncia de 50Hz a 4KHz - driver fenlico - resposta de frequncia de 500Hz a 8KHz - supertweeter - resposta de frequncia de 5KHz at 20KHz.

Existem 2 sobreposies de frequncias distintas: - entre 500Hz e 4KHz (woofer e driver "falam" a mesma coisa) - entre 5KHz e 8KHz (driver e supertweeter "falam" a mesma coisa)

Com o uso dos divisores de frequncia, podemos definir qual falante vai responder que faixa de frequncias, e poderemos influenciar a sonoridade obtida. Por exemplo, poderamos fazer os seguintes ajustes:

a) woofer at 4KHz - driver de 4KHz at 5KHz, supertweeter de 5KHz at 20KHz b) woofer at 500Hz - driver de 500Hz at 8KHz, supertweeter de 8KHz at 20KHz c) woofer at 1KHz - driver de 1KHz at 6KHz, supertweeter de 6KHz at 20KHz.

Cada tipo de ajuste vai ter um tipo de sonoridade diferente. Qual a forma certa*? Analisando as curvas de resposta de frequncias dos falantes (disponveis nos manuais dos mesmos) podemos descobrir em qual faixa cada um deles melhor, mais linear (o som sofre menos variaes). E muitas vezes fazendo testes, muito testes, at encontrar a melhor sonoridade ( isso que bons fabricantes fazem: muitos testes).

* Dica: evite cortes prximos das frequncias limites de um falante, pois em geral so as partes mais irregulages da sua resposta de frequncia. Assim, das 3 opes acima, a terceira a melhor, mas o correto realmente analisar as curvas de resposta dos falantes.

3) Ajuste das sensibilidades

J vimos que cada tipo de falante tem uma sensibilidade inerente ao seu tipo de construo. Podemos ter, por exemplo, uma caixa de som com as seguintes caractersticas:

woofer 12" - sensibilidade de 96 dB SPL / 1W / 1m

driver fenlico - sensibilidade de 108 dB SPL / 1W / 1m supertweeter - sensibilidade de 105 dB SPL / 1W / 1m

Uma caixa de som assim ter excesso de mdios, muitos agudos e quase nenhum grave. Note a diferena: so 9 dB SPL entre os agudos e os graves e 12 dB SPL entre os mdios e os graves. Como em geral os woofers so os componentes de menor eficincia, os drivers e tweeters tero que ser atenuados para ter suas eficincias equivalentes sensibilidade do woofer.

Assim, para termos uma caixa de som "equilibrada" necessrio inserirmos no caminho entre o sinal eltrico e os falantes componentes eletrnicos que vo efetuar a filtragem e a atenuao (diminuio da sensibilidade) dos falantes, permitindo um equilbrio melhor.Os componentes que fazem a filtragem so os capacitores e os indutores. Os componentes que fazem a atenuao so as resistncias. Vamos estud-los.

Capacitores

Quando submetidos a um sinal eltrico, os capacitores tm a propriedade de deixar passar apenas os sinais acima de uma determinada freqncia (chamada de "Frequncia de Corte"), e no deixa passar sinais de freqncias abaixo disso. Os capacitores so medidos em microFaradays, smbolo F. Veja alguns exemplos na tabela abaixo. Os valores so apresentados para falantes de 8 e 4 Ohms, e correspondem aos facilmente encontrados no mercado. Custam menos de 10,00 reais.

Tipos de capacitores. O da esquerda um capacitor de polister, o da direita um capacitor comum

Valor do Capacitor

Filtragem para falante de 8 Ohms

Filtragem para falante de 4 Ohms

2,2F 9KHz 18KHz

3,3F 6KHz 12KHz

4,7F 4KHz 8KHz

10F 2KHz 4KHz

22F 900Hz 1,8KHz

Os capacitores so chamados filtros de 1a. ordem. A sua atenuao de 6dB/oitava. Na verdade, eles no "cortam" totalmente as frequncias abaixo do seu corte correspondente, mas sim vo atenuando-as,

em uma curva descendente. Um capacitor de 4,7F, por exemplo, "corta" em 4KHZ em 8 Ohms, mas isso quer dizer que continuar deixando passar sons inferiores a isso, apenas atenuados. No caso, deixar passar sons de 2KHz (uma oitava abaixo) com atenuao de menos 6dB , e sons de 1KHZ (duas oitavas abaixo) com menos 12dB/oitava .

Na prtica, essa proteo pouca para proteger os falantes. Caixas equipadas apenas com capacitores so utilizadas em sistemas domsticos, de pouca potncia, mas nem um pouco adequadas para as altas potncias dos sistemas de PA. O sintoma tpico que a queima de falantes.

Uma forma de contornar esse problema escolher um corte bem acima do que o falante poderia responder. Por exemplo: um tweeter de 8 Ohms que comea a responder a partir de 3,5KHz (e usaria capacitor de 4,7F) utilizado com um capacitor de 3,3F (corte em 6KHz). S que essa situao pode gerar grandes problemas. Veja um exemplo:

- wofer de 12, 8 Ohms, com resposta de 60 a 4KHz - supertweeter de 8 Ohms, com capacitor de 3,3F 6KHz at 20KHz

O superteweeter estar bem "protegido", mas em compensao o som dessa caixa ter um buraco entre 4KHz e 6KHz. Esse problema muito mais comum que se imagina. exatamente a soluo que quem nada entende gosta de adotar!

Para quem est montando suas prprias caixas, os fabricantes srios de alto-falantes indicam, nos manuais dos seus produtos, os capacitores a utilizar com seus produtos. No um tipo somente, mas vrios valores de capacitores, e para cada valor teremos a influncia na resposta de frequncia e a potncia que o driver ter. A potncia tem relao direta com o valor do capacitor. Quanto mais alto o valor do capacitor, mais baixa ser a frequncia de corte e com isso mais graves receber, correndo o risco de queima. Logo, dever suportar menos potncia. Veja o exemplo:

Driver Hinor HMH-200. Resposta de frequncia de 1.500Hz a 20KHz. - potncia de 40W RMS com corte em 2.000Hz - potncia de 75W RMS com corte em 4.000Hz.

Se as orientaes dos fabricantes no forem seguidas, o equipamento ou ter uma vida til muito breve por falar muito mais do que deveria ou ento ter desempenho insuficiente, por falar menos do que poderia.

Indutores

Os indutores, um tipo de bobina (um fio enrolado em torno dele mesmo, em volta de ar (bobina de ncleo a ar) ou em torno de um pedao de ferro (bobina de ncleo de ferrite). Quando submetidos a um sinal eltrico, os indutores tm a propriedade de deixar passar apenas os sinais abaixo de uma determinada freqncia (chamada de "Frequncia de Corte"), e no deixa passar sinais de freqncias acima disso.

Assim como os capacitores, os indutores tambm so filtros de 1a. ordem. A sua atenuao de 6dB/oitava. Na verdade, eles no "cortam" totalmente as frequncias acima do seu corte correspondente, mas sim vo atenuando-as, em uma curva descendente. Um indutor com corte em 4KHZ em 8 Ohms, atenuar sons de 8KHz com menos 6dB (uma oitava acima), e sons de 16KHZ com menos 12dB/oitava (duas oitavas acima).

O grande problema dos indutores que eles no so comerciais (ou raramente so). Eles precisam ser construdos.

Atenuadores

Os resistores j so componentes mais simples de serem encontrados, em qualquer eletrnica. So simples resistncias, que transformam parte da energia em calor. Elas nada mais fazem que isso mesmo: gastam parte da energia que chegaria aos falantes de mdios e agudos. Com menos energia, menos quantidade de som ser produzido, trazendo equilbrio caixa.

Exemplo de resistor de porcelana

Um outro fator ao qual o atenuador responsvel o equilbrio de potncias. Muitas vezes, encontramos uma caixa com um woofer de 500W RMS e um driver titnio de apenas 50W RMS, e ainda assim bem equilibrada em sonoridade e com o fabricante dizendo que a caixa aguenta 500W RMS. Isso acontece porque, quando inserimos os atenuadores no driver titnio, reduzindo a sua sensibilidade, como se a sua potncia fosse aumentada, mas a verdade que a resistncia que est gastando parte da energia que chegaria ao woofer. Assim, a potncia da caixa corresponder potncia suportada pelo woofer.

Esses so os componentes bsicos de um divisor de frequncia. E apesar de ainda existirem muitas caixas com apenas um ou outro componente (quando deveria haver os trs), quem quer uma caixa com qualidade usa um divisor profissional.

Para quem quiser montar suas prprias caixas, indicamos a leitura do excelente artigo do Prof. Homero Sette, da Selenium, disponibilizado na seo de Downloads do site: http://www.somaovivo.mus.br/downloads/divisores_capacitores.zip , que envolve a escolha dos capacitores e atenuadores necessrios.

Divisores de Frequncia Passivos

Algumas empresas fabricam divisores de frequncia para uso profissional. Na verdade, so compostos por capacitores, indutores e atenuadores (alguns modelos vem sem atenuadores, para o prprio usurio escolher os seus), todos junto, em uma placa de circuito. Alguns vem at com os conectores das caixas.

Exemplo de divisor de frequncia de 2 vias. Em marrom, prximo marca do fabricante, o capacitor. Dois grandes indutores (um para o driver e outro para o woofer) e, em verde, os resistores para atenuao.

Grfico representativo dos cortes de frequncia produzidos por um divisor de 3 vias de 2 ordem.

A grande vantagem de se usar divisores profissionais que eles so de 2 ordem (12 dB/oitava). Cada "corte" de frequncia feito com um capacitor (atenuao de 6 dB/oitava) mais um indutor (atenuao de 6 dB/oitava). Usados em conjunto, a proteo fornecida ao falante muito melhor. Existem inclusive divisores de 3 ordem (18 dB/oitava) e 4 ordem (24 dB/oitava). Claro que, quanto maior a ordem, mais

complicado e mais caro ser o divisor, mas maior ser a proteo fornecida ao falante.

Apesar de caros, so os divisores que vo garantir a melhor qualidade sonora. No Brasil, as empresas mais conhecidas so a Nenis (www.nenis.com.br) e a EAM (www.eam.com.br). Ambas, alm de fabricar diversos modelos (diversas potncias e para vrias vias), fazem divisores especiais, de acordo com a encomenda dos clientes.

A montagem de um divisor de 2a ordem (ou 3a., ou 4a.) no nenhum "bicho de 7 cabeas", mas tambm no nada simples. Existem inverses de fase necessrias, os indutores precisam ser muito bem enrolados, tantos detalhes que este autor, particularmente, prefire comprar pronto! Quem quiser saber mais (inclusive como montar um), indico o excelente artigo de Paulo F.C. Albuquerque, disponvel em http://audiolist.org/forum/kb.php?mode=article&k=17.

O divisor to bom que a fama ultrapassa as fronteiras dos operadores de udio. Recentemente, um amigo leigo pediu emprestado algumas das vrias caixas de som do Anfiteatro. Ele queria uma que tivesse um divisor. No quis saber se a caixa tinha woofer de qual tamanho, driver titnio ou supertweeter, etc. Ele insistia que queria qualquer uma, desde que tivesse divisor. Provavelmente houve alguma caixa que ele gostou muito e falaram que o som bom era por causa do divisor de frequncias. Da ele associou que som bom por causa do uso de divisores. Pode no estar completamente correto, mas j est no caminho certo.

Divisores de Frequncia Ativos - os Crossovers*

Sistemas de sonorizao de grande porte no usam divisores de frequncia passivos, dentro de caixas. Em geral, comum encontrar falantes que se ligam diretamente amplificadores. Mas tambm existem divisores de frequncia, s que so equipamentos separados.

Os crossovers so instalados imediatamente antes dos amplificadores. Cada amplificador (ou cada canal do amplificador) receber somente sons de uma faixa de frequncia - correspondente ao que os falantes conseguem reproduzir. Os crossovers tambm tem controles de volume: na verdade, controles de atenuao. O princpio de funcionamento dos divisores de frequncia internos, mas os crossovers so mais versteis por permitirem variar as faixas de frequncia, tornando-os assim adequados a vrios tipos de marcas e modelos de falantes.

* O nome crossover sinnimo de divisor de frequncia, seja ele passivo (instalado dentro de uma caixa ativa) ou ativo (um equipamento mesmo, instalado no rack). Entretanto, no Brasil convencionou-se

chamar "divisor de frequncia" aos passivos e crossovers aos ativos.

Mo na massa!

Pareceu complicado? Realmente . A primeira leitura assusta. Relendo novamente, at mesmo uma terceira vez, visitando os links indicados e visitando uma eletrnica para se conhecer os componentes, veremos que no mais to difcil assim. E uma caixa com bons falantes, devidamente protegidos, com resposta de frequncia corretamente dividida e um correto equilbrio de sensibilidade algo simplesmente maravilhoso de se ouvir. Vale o esforo.

Tem alguma caixa de som com sonoridade ruim? Que tal desmont-la, anotar os parmetros dos falantes (marca, modelo, potncia), e pedir uma sugesto de divisor de frequncia aos fabricantes? Talvez com um pequeno investimento seja possvel dar uma nova vida para a caixa!