Curso de Caixas Acsticas Parte 1 os Woofers

Autor: Fernando A. B. Pinheiro

Em dois artigos j fiz uma pequena introduo aos sons graves, mdios e agudos (sons graves:http://www.somaovivo.mus.br/artigos.php?id=89. Sons mdios e agudos:http://www.somaovivo.mus.br/artigos.php?id=90). Agora que sabemos a importncia desses sons, necessrio dar ateno s caixas de som (ou caixas acsticas ou sonofletores).Uma boa caixa de som tem pelo menos dois alto-falantes. No existe um unico alto-falante que consiga falar graves, mdios e agudos*. Na verdade, para termos todas essas freqncias precisaremos de vrios alto-falantes, cada um especializado em uma nica faixa freqncia (s vezes mais de uma). Cada alto-falante diferente em uso chamado de via. Uma caixa de 2 vias tem dois falantes diferentes, uma caixa de 3 vias tem trs falantes diferentes. Existem sonofletores comerciais de at 5 vias, mas nada impede um sistema com 10 vias, por exemplo.

Caixa acstica residencial de 3 vias. O maior falante o woofer (graves), o menor o tweeter (agudos) e o de tamanho mdio o mid-range (mdios). Abaixo do tweeter, dois controles de volume, um para o mdios e outro para os agudos.Caixa Polivox Vox 100, fabricada no final da dcada de 1970. Na poca, uma das melhores fabricadas no Brasil.*Nos primrdios da sonorizao ao vivo, havia somente os alto-falantes Full-Range (freqncia toda). Esses falantes tentam falar (reproduzir sons) graves, mdios e agudos, obviamente sem muito sucesso. Quando muito, algo em torno de 100Hz a 10KHz, adequado para a voz (e ainda assim muito mal, com muitos mdios e poucos graves e agudos). Modernamente, no d para se falar em sonorizao profissional com caixas de uma nica via. Apesar dos full-range no servirem para P.A., eles ainda so muito usados em pequenos microsystems, caixinhas de som para computadores, falantes de televiso, etc. So baratos, e pequenos, j que nesses dispositivos o espao disponvel sempre pouco. Do conta do recado porque 90% da informao sonora de uma msica est na faixa que eles conseguem responder. Mas os outros 10% fazem uma diferena enorme...Cada tipo de alto-falante fabricado para atender a uma determinada faixa de freqncia. Os woofers falam os graves, os tweeters falam os agudos, os mid-ranges ou drivers falam os mdios. Existem falantes que podem at mesmo falar duas freqncias, como os drivers titanium, que falam mdios e agudos. Uma boa caixa de som o resultado do funcionamento conjunto desses falantes, em equilbrio.Aps essa pequena introduo, neste primeiro artigo vamos falar dos woofers, os alto-falantes responsveis pela reproduo de graves e mdio graves. So fceis de reconhecer, pois so os falantes de maior tamanho (em comparao com os falantes de mdios e agudos) em uma caixa de som.

Duas vises dos componentes de um woofer, mostrando suas peas principais: carcaa de metal, conjunto magntico (m), bobina, aranha e cone.O esquema serve inclusive para outros falantes, como alguns tipos de mid-range e tweeters, em modelos que usam o mesmo princpio de funcionamento.Vamos estudar as caractersticas gerais dos woofers. Elas se aplicam maioria dos produtos, mas necessrio saber que possvel fabricar falantes especiais, com caractersticas diferentes do citado aqui. As caractersticas importantes em um woofer so:Material do conePode ser de um tipo de papelo ou de polipropileno (tipo de plstico), rgido. Os cones rgidos suportam melhor altas temperaturas e so encontradas nos carros (deixe um carro preto fechado no sol de meio-dia no Nordeste do Brasil e entender o que alta temperatura). Em comparao com os cones de papelo, os rgidos so mais caros, reproduzem um pouco melhor as baixas freqncias (mais perto de 20Hz) e pior as alta freqncias (no caso, os mdio-graves) que um cone de papelo.

Woofer Pyramid para automveis, especial para competio. Observe o material do cone, de plstico rgido.Tipo de bordaa) woofersBASS-REFLEXtem a borda (onde o cone encontra a estrutura metlica) de papelo ou tecido (ou uma mistura dos dois), em formato de pequenas ondas. o sistema mais utilizado em sonorizao ao vivo.

Esse tipo de woofer desenhado para caixas de som com dutos (ou prticos) para sada de ar (caixa dutadas, como a foto da caixa da Polivox, que apresenta dois dutos na parte inferior). Os graves que so reproduzidos atrs do alto-falante (o woofer fala som para frente e para trs) passam pelo duto, e so adicionados com os sons produzidos na frente, conseguindo-se assim uma eficincia maior (o woofer fala mais). Um woofer bass-reflex tem sensibilidade mdia de 90 (os piores) a at 100 dB/ 1W / 1m (os melhores).b) woofers deSUSPENSO ACSTICAtem a borda de borracha, bastante malevel, formando apenas uma grande ondulao entre o cone e a borda. o sistema mais utilizado em som automotivo.

Esse tipo de woofer desenhado para caixas seladas, pois o ar preso internamente funciona como uma espcie de amortecedor, mas podem ser usados tambm em caixas dutadas, desde que projetados para isso (a estrutura precisa ser mais resistente, por falta do amortecedor). Conseguem "falar" frequncias mais graves que os bass-reflex, para um mesmo dimetro do falante, mas em geral sacrificam a eficincia, que muito ruim. Vai de 84 (os piores) a at 92 dB/ 1W / 1m (os melhores), em geral. Isso quer dizer que, para que um Suspenso Acstica produza o mesmo som que um Bass-Reflex, precisar de muito mais potncia (para cada 3dB de diferena a mais na sensibilidade necessrio o dobro da potncia).Os woofer Bass-Reflex so utilizado em P.A. por causa do melhor aproveitamento de potncia. Em som automotivo, no existe a menor necessidade de muita eficincia, j que os ocupantes esto situados a poucos metros de distncia, ento os woofers de suspenso acstica so preferidos, pela melhor resposta de graves ("falam" sons mais prximos a 20Hz) que proporcionam.Tamanho do woofer e resposta de frequnciaEm geral, quanto maior for o dimetro do woofer, melhor ele responder aos graves (mais prximo a 20Hz) e pior aos mdio-graves. Da mesma forma, quanto menor o woofer, menos responder aos graves (mais longe de 20Hz) e mais mdio-graves falar. Isso por que sons mais graves exigem maior deslocamento de ar. Aqui, tamanho documento e faz muita diferena no som*. Segue abaixo uma pequena tabela de exemplo, com uma mdia dos valores encontrados no mercado:Woofer de 18 (polegadas) fala de 25Hz a 2,5KHz**Woofer de 15 "fala" de 40Hz a 4KHzWoofer de 12 "fala" de 60Hz a 5KHzWoofer de 10 "fala" de 70Hz a 6KHzWoofer de 8 "fala" de 80Hz a 7KHzAinda existem woofers de 6 e at 4, cada vez falando mais mdios e menos graves. S por curiosidade, existem modelos de 21" e alguns experimentais de incrveis 60".* Existem excesses, claro. Existem falantes de pequenas dimenses especialmente construdos para sons graves. Falantes de 8" que alcanam 25Hz e 4" que alcanam 50". So os falantes de caixas de som do tipo subwoofers, em geral usadas em sistemas de home-theaters domsticos, onde tamanhos reduzidos so importantes.** Valores mdios por polegadasencontrados em especificaes tcnicas de produtos de fabricantes como Selenium, Oversound e Keybass. No quer dizer que toda a resposta de frequncia ser aproveitada, sempre. Um falante de 18" instalado em uma caixa do tipo subwoofer em geral responde apenas entre 20Hz e 200Hz, faixa onde ele tem a sua melhor aplicao.Em geral, woofers de Suspenso Acstica, por terem borda malevel, que permite uma grande movimentao do cone, conseguem responder freqncias mais graves (mais prximas de 20Hz) que um Bass-Reflex de mesmo tamanho. Por exemplo, consegue-se woofers de suspenso de 12 falando 30Hz, enquanto raro um woofer bass-reflex de 12 que fale menos de 45Hz. Esse sistema muito usado em som automotivo porque no h como se colocar um woofer de 18 em um automvel.Cabe lembrar que o fabricante pode fazer um alto-falante especfico para uma determinada frequncia. Existem woofers grandes (8", 10" ou 12") que o fabricante projetou para resposta de mdio-graves (os chamados mid-bass). Alguns tem resposta de frequncia acima de 100Hz ou mesmo acima de 200Hz, feitos para trabalhar sempre acompanhados de subwoofers.Potncia e SensibilidadeExistem woofers de poucos Watts de potncia at valores acima de 1.000 Watts RMS (alguns woofers de 18, usados em subwoofers de P.A). Evidente que, quanto maior a potncia, melhor. Mas importante saber qual a forma de medir potncia que foi utilizada. No Brasil, utilizada a norma ABNT NBR 10.303 para especificao de potncia. Ento, para comparao, sempre use os valores NBR 10.303 de um e de outro falante.Apesar da potncia mxima suportada ser importante, um outro parmetro muito importante e quase sempre esquecido a sensibilidade (eficincia), que o quantidade de som (dB SPL) que um falante produz para um determinado nvel de potncia (1 W RMS, medido a 1 metro). Para cada 3 decibis a mais ou menos, a diferena dobrar ou dividir por dois a potncia. Veja o exemplo:Woofer com sensibilidade de 93 dB SPL/ 1 W / 1 metro consegue falar:93 decibis com 1 Watt RMS, medido a 1 metro de distncia.96 decibis com 2 Watts RMS99 decibis com 4 Watts RMS102 decibis com 8 Watts RMS105 decibis com 16 Watts RMS108 decibis com 32 Watts RMS111 decibis com 64 Watts RMS (som muito alto, show de rock)Woofer com sensibilidade de 99 dB SPL/ 1 W / 1 metro consegue falar99 decibis com 1 Watt RMS102 decibis com 2 Watts RMS105 decibis com 4 Watts RMS108 decibis com 8 Watts RMS111 decibis com 16 Watts RMSNote que o mesmo volume de som foi conseguido com apenas 1/4 da potncia do outro. Esse resultado pode ser visto facilmente comparando-se caixas de som, observando que algumas falam muito mais que outras, mesmo com a mesma potncia.Da a concluso que potncia precisa ser analisada junto com a sensibilidade. Isso importante na hora de comprar um woofer, pois um modelo de 500W RMS com 95dB/W/metro pode produzir* o mesmo som que um modelo de 250W RMS com 98dB/W/metro (3 dB de diferena = dobro da potncia). Se o som exatamente o mesmo, o preo....*a formla que calcula o mximo som produzido por um falante : dB SPL = (10 x log Potncia RMS) + sensibilidade. Assim, temos:woofer 500W RMS com 95dB/1W/1metro produz no mximo: dB SPL = (10 x 2,70) + 95 = 122 dB SPLwoofer 250W RMS com 98dB/1W/1metro produz no mximo: dB SPL = (10 x 2,40) + 98 = 122 dB SPLEntretanto, na prtica existe um fenmeno chamado de compresso de potncia. A elevao da resistncia da bobina com a temperatura (ocorre principalmente quando o falante est prximo da sua potncia mxima) provoca uma reduo na eficincia do alto-falante. Por esse motivo, se ao dobrarmos a potncia eltrica aplicada obtivermos um acrscimo de 2 dB no SPL ao invs dos 3 dB esperados, podemos dizer que houve uma compresso de potncia de 1 dB. Ou seja, no exemplo acima, o woofer de 250W poder falar apenas 121 dB SPL ou mesmo 120dB SPL, por causa da compresso de potncia. Ainda assim, uma pequena diferena em relaoa uma enorme diferena no preo.Por tudo o que foi falado a melhor coisa, ao se decidir pela compra de um woofer, analisar o conjunto de parmetros potncia e sensibilidade (e no s potncia, como quase todos fazem).Tipo de mA energia eltrica que chega pelo fio alimenta a bobina. Esta, por estar imersa em um campo magntico (o m), comea a vibrar, produzindo assim oscilases no cone e com isso, produz-se som. O tamanho e peso do m influenciam diretamente na quantidade de som produzida, e um dos fatores determinantes da potncia mxima que o falante pode alcanar. Os atuais ms so de ferrite, grandes e pesados. Mas j existe uma nova tecnologia para substituir esse material, que o neodmio, um material que consegue produzir um forte campo magntico mesmo em tamanhos reduzidos (e pesomenor).

Dois woofers de mesma potncia da Keybass. O da esquerda de neodmio, o da direita de m tradicional.Falantes de neodmio ainda so muito caros, mas j existem alguns modelos comerciais. Mas com o tempo o preo vai abaixar, e veremos cada vez mais e mais falantes (e por consequncia, caixas acsticas) leves e muito potentes.ConstruoWoofers so relativamente simples de construir e por isso h tantas empresas fabricando-os. Existem os grandes fabricantes, como Snake, Selenium, Hinor, Oversound, Bravox, Keybass e Eros, alm de uma infinidade de empresas menores, como Eton, Magnum, ETM, Novik Neo, etc. Lembrando que a qualidade do projeto sempre influencia muito no resultado obtido (existem pequenos fabricantes com projetos excelentes, mas tambm existem pequenos fabricantes com projetos sofrveis). Exija sempre que o woofer atenda norma NBR 10.303 da ABNT e que o fabricante disponibilize os parmetros Thiele-Small, parmetros tcnicos usados na construo das caixas acsticas. S os melhores fabricantes disponibilizam essas informaes.UsoPara resposta de voz, um woofer de 8 j serve, pois j fala os graves que a voz humana consegue produzir (de 100Hz para cima). Mas um woofer de 8 no consegue falar os sons de um contrabaixo eltrico ou acstico, um bumbo ou percusso, violoncelo, etc.Para esses instrumentos, ou se utiliza uma caixa com um alto-falante de tamanho generoso (se um baixista pudesse escolher, seria um de 18 ou 21"), ou ento uma caixa com um alto-falante especialmente construdo para isso. Os cubos de baixo so assim, construdos para responder esses sons mesmo em caixas menores.Muitas igrejas pequenas usam caixas de tamanho reduzidos (falantes de 8" ou 10")e tentam exigir delas que reproduzamo som de contrabaixos, por exemplo, aumentando o volume do instrumento o mximo possvel.Muitas dessas tentativas acabam estourando os woofers, poistudo o que eles no conseguem reproduzir perdidocomo calor, e excesso de calorrompe a bobina.A nica soluo comprar uma caixa especfica para contrabaixo (um cubo) ou uma caixa de som de dimenses generosas (falantes de 12 ou 15").Um detalhe mnimo, mas importante sobre woofers. O som grave sai mais pelas bordas, e o som mdio mais pelo centro. Alguns woofers usam centros metlicos (de alumnio), para melhorar a resposta de mdios. Da que se o baixista quer o mximo de peso (graves), o cubo precisa estar de lado. Mas se quer ouvir mais mdios, precisa estar de frente para o msico. Claro que a diferena s percebida por ouvidos treinados, os baixistas preferem mesmo aumentar o volume!SubwoofersDo ano 2000 em diante, cada vez mais temos visto lanamentos de caixas de som do tipo subwoofers. Nada mais so do que caixas especializadas em sons subgraves, aqueles prximos a 20Hz (em geral, entre 20Hz e 200Hz). Antera, Staner, Ciclotron, Attack e Leacs, todos os grandes fabricantes brasileiros de caixas de som tem subwoofers para PA.

Subwooferativo (com seu prprio amplificador). Produto de demonstrao da tecnologia.Em muitas caixas subwoofer, o falante fica totalmente dentro da caixa, apenas existindo alguns dutos para a sada dos graves, como na caixa abaixo, da Antera.

Os sons subgraves so os mais difceis de serem conseguidos. Se fcil encontrar caixas que falam 20KHz, o limite dos agudos, dificlimo encontrar alguma que chegue perto dos 20Hz. Como colocar falantes de 18 ou at mesmo 21 em uma caixa de som algo complicado, tanto pelo tamanho quanto pelo peso final, a soluo foi colocar esses falantes em uma caixa separada o subwoofer.Existem alguns sistemas de caixas que funcionam com o subwoofer sendo uma opo - um complemento - em que as caixas do P.A. j falam graves, mas no conseguem ir muito abaixo de 50Hz (depende do tamanho do woofer). Em outros, o uso de subwoofers obrigatrio, onde as caixas do P.A. tm a resposta de frequncia de mdio-graves para cima, sendo o papel dos graves apenas dos subs.A escolha de caixas para a aquisio deve sempre levar em conta o tipo de uso (voz, instrumentos), o tipo de instrumentos eo tipo de estilo musical aplicado (alguns estilos usam mais graves que outros, como o funk tem um grave muito maior que msica clssica). Caixa de som muito mais que potncia, que normalmente a primeira e nica pergunta do comprador.