Entenda um pouco mais sobre o subwoofer.

Para o máximo em graves, que tal usar uma sala inteira como caixa acústica ?

 

A utilização de subwoofers em conjuntos de alta-fidelidade é uma mania relativamente nova, recentemente impulsionada pelo advento do “Home-Theater” que, com seus efeitos mais envolventes, passou a exigir maisquantidade e qualidade nos graves.Até por volta do final dos anos setenta, o equipamento de som mais comum empregava caixas acústicas “fullrange”, ou seja, que cobriam toda a faixa audível. As caixas costumeiramente possuiam volumes de médios paragrandes, de forma a poder reproduzir a faixa de graves com mais autoridade.

No começo dos oitenta, com a progressiva redução do espaço doméstico e a tendência de miniaturização dos eletrônicos, as caixas acústicas tiveram que passar a acompanhar também essa evolução. Data dessa época apopularização do conjunto “Satélite-Subwoofer”, que passou a empregar duas caixas de tamanho reduzidocobrindo a faixa de médios-baixos (por volta de 100 Hz a 200 Hz) a agudos, em conjunto com uma única caixapara as freqüências mais baixas (abaixo de 200 Hz).Devido ao compromisso de tamanho, os subwoofers disponíveis no mercado, na prática, comportam-se comosimples woofers, ou seja, operam de 200 Hz (ou um pouco mais ou menos) para baixo, no entanto raramenteatingindo menos de 50 ou 40 Hz. Um verdadeiro subwoofer deveria operar a partir das freqüências que um woofernormal deixa de reproduzir. Estamos falando daquela última oitava de audição, a faixa de freqüência que vai de 40Hz para baixo.Nessa linha de raciocínio vamos passar a descrever as qualidades que um subwoofer deve apresentar, bem comoalguns projetos que foram desenvolvidos ao longo do tempo empregando produtos da Selenium adequados a essetipo de uso.A procura do grave: o que é um subwooferConforme já mencionamos, a maioria dos produtos à venda e que se autodenominam de subwoofers, na verdadesão apenas falantes dedicados à faixa dos graves instalados em pequenas caixas geralmente seladas. Essas caixasvão aumentar a potência disponível para os graves (no caso dos pequenos satélites, irão proporcionar os gravesfaltantes) sem melhora na extensão ou qualidade dos mesmos.Um outro efeito positivo da adição de um woofer desse tipo, está na melhoria que se poderá perceber nos médiosbaixos, pela adição do divisor de freqüências, que contribuirá para “limpar” o som dos falantes principais, atravésda redução na distorção nessa faixa. Isso acontece porque o nível de energia na faixa de freqüências que vai dolimiar auditivo de 20 Hz e até 100 Hz, é muito grande e é a principal fonte de distorção por modulação que iránublar a qualidade do som na faixa de médias freqüências.Se você já emprega caixas acústicas “full range” de qualidade, o seu sistema já dispõe da quantidade necessáriade graves. No entanto ainda continuará a faltar aquela sensação peculiar que só os verdadeiros graves nasfreqüências mais baixas conseguem fazer, os graves subterrâneos.Então o que é necessário para se ter um verdadeiro subwoofer? Um subwoofer verdadeiro é projetado de formaotimizada para as freqüências abaixo de 100 Hz. E isso é conseguido atendendo a alguns critérios básicos:· Resposta o mais plana possível até a região dos 20 Hz a 30 Hz;· Distorção baixa mesmo para excursões altas do cone do falante;· Capacidade de deslocamento de ar suficiente para audições em picos além de 100 dB na freqüência de respostamais baixa;· Resposta a transientes relativamente elevada.A partir dessas premissas vamos investigar qual seria o tipo de caixa acústica mais apropriada para essa finalidadee os falantes recomendáveis.Tipos de caixas para subwoofersAntes de mais nada, voltemos um pouco ao básico das coisas. Qual a necessidade de termos uma caixa acústicapor trás do falante? Fundamentalmente a caixa serve para isolar a radiação frontal da radiação traseira do falante.Um falante trabalhando sem alguma forma de isolamento agiria como uma bateria em curto circuito: o arcomprimido à frente do cone rapidamente seria absorvido pela rarefação à sua traseira. Isto ocorre para asfreqüências iguais ou menores que o diâmetro do cone.Se, nessas condições, aumentarmos o volume de forma a tentar recuperar os graves perdidos, a excursão do coneaumentaria desproporcionalmente até o rompimento da membrana e o falante estaria inutilizado.O Baffle InfinitoA forma teoricamente mais simples para impedir este curto-circuito acústico consiste no uso de um painel degrandes dimensões onde o falante seria instalado. Esse é o sistema conhecido por “Baffle Infinito”.E qual seria o tamanho desse painel? Acima da freqüência cujo comprimento de onda é de metade do caminho doar entre a frente e a traseira do falante os graves serão reproduzidos sem cancelamento. Abaixo dessa freqüência,haverá uma queda na pressão sonora de 6 db por oitava.Vamos fazer um cálculo rápido para sabermos qual seria o tamanho do painel para a reprodução de um grave depelo menos 30 Hz. O comprimento de onda de 30 Hz pode ser calculado pela fórmula:Comprimento de onda (metros) = Velocidade do som (metros por segundo) / freqüênciaTeremos para 30 Hz e velocidade do som de 340 m/s :Comprimento da onda de 30 Hz = 340/30 = 11,33 metrosA metade desse comprimento é aproximadamente 6 metros e esse é o tamanho do caminho mínimo que o ar teráque percorrer para evitar o curto-circuito acústico em 30 Hz.O tamanho do painel então terá que ser de pelo menos 3 metros por toda a volta do falante.Como se vê, o uso de painéis desse tipo é inviável. A menos que se comprometa o volume dos graves, fica muitodifícil em condições normais empregar o Baffle Infinito. No entanto existe uma condição na qual é facilitado o seuuso: quando há possibilidade de utilizar uma parede que separe dois ambientes, caso de construções novas oureformas.O Baffle Infinito apresenta uma vantagem única em relação às caixas fechadas – é de ter a sua caída de freqüênciaabaixo da frequência de corte (f3), de somente 6 dB por oitava. Essa queda lenta (as caixas apresentam de 12 dBa 24 dB por oitava de queda) significa que a resposta aos transientes é muito rápida, auditivamente fornecendograves robustos e precisos, mesmo em freqüências subsônicas.Essa característica permite ao Baffle Infinito superar subjetivamente caixas com respostas mais extensas, uma vezque, mesmo se for construído com a freqüência de corte acima da apresentada por uma caixa fechada, como aqueda é bem mais lenta, ainda existirão graves com maior potência em freqüências muito baixas.Por esse motivo, o baffle de 3 metros que calculamos pode ser bastante reduzido em suas dimensões. Na práticaum bom alto-falante de 40 cm de diâmetro em um baffle de 1 metro já fornece uma sensação auditiva muito fortenessas freqüências mais baixas.Caixas FechadasDo Baffle Infinito, as caixas acústicas, ao serem projetadas empregando falantes mais modernos, evoluiram para osistema fechado. Historicamente, começaram com grandes volumes e, à maneira que os falantes forammelhorando na qualidade de suas suspensões e na força de seus conjuntos magnéticos, passaram a seremconstruídas em volumes progressivamente menores, surgindo então as caixas tipo suspensão acústica.Nessas últimas a ar provê a maioria da força de restauração necessária para o amortecimento do movimento docone.Uma caixa do tipo suspensão acústica mostra uma taxa de caída de 12 dB por oitava abaixo da freqüência de corte(f3). Logo, para esse tipo de caixa, torna-se mais importante diminuir mais essa freqüência do que para o baffleinfinito. Em termos de energia sonora no espectro mais baixo, (o que subjetivamente importa mais queunicamente um f3 baixo) para se conseguir a mesma sensação de graves, uma caixa fechada necessitaria diminuirf3 à metade em relação ao Baffle Infinito.Caixas Refletoras de Graves – Bass Reflex, ou VentedAs caixas bass reflex surgiram da idéia de aproveitar o pico de ressonância que surge ao se abrir um furo na caixafechada. Isto forma o chamado Ressoador de Helmholtz. Esse fenômeno acústico traz um reforço a umadeterminada faixa de freqüências graves, combinando a radiação traseira do falante com a dianteira.Embora esse mecanismo aumente a energia nas freqüências escolhidas, o grave resultante pode facilmente ser debaixa qualidade sonora se houver um desalinhamento, ainda que pequeno, nas características do conjunto,necessitando portanto de um sintonia fina para cada falante e caixa, o que nem sempre pode ser conseguido commeios simples.Esse trabalho de sintonia é normalmente é feito com programas de computador, empregando a análise sintetizadapelo pesquisadores Thiele e Small, que nos anos 70 estabeleceram de forma definitiva como fazer essa sintonia.As caixas tipo refletoras permitem, quando bem realizadas, obter graves extensos empregando falantes reduzidose geralmente com maior rendimento acústico. No entanto, abaixo da freqüência de ressonância, esse tipo deprojeto apresenta uma queda de 24 dB por oitava em amplitude, originando uma resposta em transientes maispobre que a caixa fechada e menos energia aproveitável na banda após o corteUma caixa bass reflex, ao ser sintonizada de forma a tornar os graves mais secos, melhora esta característica,tornando seu som análogo ao da caixa fechada, perdendo no entanto seu melhor rendimento e às vezes tornandoseindiferente empregar uma ou outra.Já na comparação com o Baffle Infinito, a qualidade do som da caixa refletora de graves perde muito quando vistasob a ótica tanto da extensão quanto de transientes, devido à velocidade do corte de 24 dB por oitava.Comportamento da Interação Sala-FalanteNormalmente um Baffle Infinito é considerado como sendo uma parede consideravelmente grande onde estásituado um falante. Esse arranjo define um espaço de radiação chamado de hemiplano (2 P esferoradianos) , ouseja, metade de um espaço completo (4 P esferoradianos).O que seria então uma parede consideravelmente grande? Depende da extensão de graves que queremos.Conforme já vimos anteriormente, uma freqüência de 30 Hz, necessita de pelo menos 6 metros para “manifestarse”confortavelmente. Nessas condições ela estará sendo enormemente influenciada pelo ambiente e reproduzidacom variações significativas em amplitude.Alguns especialistas chegam mesmo a afirmar que uma sala hipotética com paredes menores que os calculados 6metros, não teria condições de reproduzir essa freqüência ou abaixo dela, o que seria considerado como umafreqüência de corte da sala. Essa visão é um pouco radical, uma vez que a reprodução, embora prejudicada, aindaestará presente, mas tem sua razão ao considerar que as salas menores naturalmente tem dificuldades emfreqüências muito baixas.Analogamente à uma caixa fechada, abaixo da freqüência natural de ressonância da sala, a potência de radiaçãocai à base de 12 dB por oitava. As salas normais possuem proporção geralmente retangular, com ressonânciasdistribuídas entre as diferentes dimensões. O mobiliário e a decoração tendem a “quebrar” e amortecer essasressonâncias, mas o fato de ser progressivamente mais difícil a reprodução de freqüências muito baixas em salascomuns permanece.No entanto existe uma outra vantagem nessa interação sala-falante. Abaixo de freqüências em torno de 200 Hz,um falante irradiando, não no meio da parede, mas muito perto do chão ou teto, estará no espaço que é demetade do hemiplano. Nessas condições, a potência sonora é quaduplicada (mais 6 dB) em relação à energiaradiada no espaço livre. Este fenômeno é facilmente compreendido ao perceber-se que a mesma energia é agoraconcentrada na metade do espaço disponível.Se a caixa estiver perto de um canto, outra duplicação acontece (mais outros 3 dB). Para tirar partido dessefenômeno acústico no entanto é preciso tomar cuidado, pois esses reforços podem ser prejudiciais à respostatransiente, principalmente em médios-baixos.Existem vários programas de computador que a partir das dimensões da sala, calculam a resposta da sala. Apesquisa original sobre essa característica foi publicada por Roy Allison e mostrou como salas maiores tendem ater um som “mais limpo” devido a reflexões mais longínquas em paredes adjacentes aos falantes (“The influenceof room boudaries on loudspeaker power output”, Audio Engineering Society, maio 1974)Outro fenômeno verificado em salas com caixas acústicas de resposta extensa diz respeito ao amortecimentopercebido subjetivamente como crítico. Pela teoria, uma caixa possuindo Qtc próximo ao valor de 0,7 estaria comum amortecimento ótimo, apresentando resposta transiente otimizada. No entanto, percebe-se que em altosvolumes não é suficiente esse amortecimento, sendo que um valor de Qtc abaixo de 0,5 oferece um som maisagradável e próximo ao real.Nesse caso tudo se passa como se a interação “sala+sonofletor” adicionasse energia à resposta original da caixaacústica, deteriorando uma resposta ótima.O Comportamento do Baffle Infinito em uma SalaO projeto que será descrito escolheu como objeto de estudo um projeto de Baffle Infinito, tomando partido dealgumas das vantagens que esse sistema oferece. Ainda, como procuramos uma resposta extensa em uma sala deaudição doméstica, é importante equacionar alguns pontos.Uma freqüência de corte de pelo menos 30 Hz é importante para definir bem os sons mais baixos, no entantoainda mais crítico é saber como se comporta o reprodutor abaixo do corte er o tipo de energia aproveitável nessabanda.Vamos supor uma caixa tipo bass-reflex com corte de 30 hz. À metade dessa freqüência, 15 Hz, teríamos 27 dB dequeda na potência (24 dB por oitava de queda mais 3 dB de queda no corte). Já com um Baffle Infinito teríamosuma redução de potência de 9 dB (6 dB por oitava de queda mais 3 dB no corte).Subjetivamente é crítica essa diferença, ainda mais que uma caixa refletora de graves não apresenta a mesmaresposta de transiente de um Baffle Infinito, sendo na verdade bem menos definida, conforme já vimos antes.Ainda mais, composta com a queda natural da resposta da sala, a Baffle Infinito apresenta um comportamentobem mais interessante, mostrando graves mais poderosos em freqüências muito baixas devido à sua característicaintrínseca de manter a energia emitida na sua resposta.Outro fator importante a ser considerado é a capacidade de responder com autoridade mesmo em volumessonoros muito altos ou relativamente baixos, necessários para a compensação da característica do ouvido humanode perceber sons de freqüência muito baixa com reduzida capacidade. Essa é uma característica explicada pelacurva de Fletcher-Munson, que mostra a variação da sensibilidade do ouvido em relação ao volume sonoro eexplica como não há muito sentido em reproduzir, digamos, 30 Hz, se não for possível gerar níveis acústicosbastante altos. Nessa freqüência, por exemplo, um mínimo de 60 dB seria o limite mínimo para audição, e umnível acima de 100 dB o requerido para uma audição realística. No desenho do reprodutor essa característica temque ser levada em conta.Por outro lado, o ouvido também se torna pouco sensível à distorção nessas freqüências o que facilita de algumaforma o projeto, embora seja o objeto da nossa pesquisa reduzir ao máximo as não-linearidades.A maior fonte de distorção nas freqüências mais baixas e em intensidade mais alta é a resposta não-linear dofalante quando em excursões muito altas, explicada pela tendência da bobina em perder parte da força motriz aose aproximar das extremidades do conjunto magnético. Isto significa que é importante pensar na utilização defalantes preparados para altas excursões de bobina, ou até empregar vários alto-falantes para reduzir a excursãoindividual dos mesmos.Ainda, no tópico da distorção, outra fonte, mais importante em caixas fechadas, é a da não-linearidade do arquando submetido a compressões e descompressões muito abruptas. Este efeito, quando referido ao ar interno dovolume da caixa, não acontece nos Baffle Infinito, já que não possuem um volume fechado de ar. Mas esse é umefeito que potencialmente pode atingir os falantes de pequeno diâmetro com respeito ao ar frontal, o que reforça aimportância do emprego de falantes maiores, e mesmo mais de um, para subwoofers que operem em altosvolumes sonoros.Os ProjetosUma longa convivência com a construção de sonofletores, a procura de graves mais extensos e fiéis, tornoupossível a constatação de que a Selenium sempre trilhou esse mesmo caminho, através da pesquisa edesenvolvimento de produtos tecnicamente cada vez mais aperfeiçoados, buscando e conseguindo a superação deproblemas de difícil solução quando se trata de alto-falantes.Para graves realmente poderosos, vários problemas tem que ser resolvidos:- O material do cone exige uma combinação de rigidez e leveza, características conflitantes por sua próprianatureza;- O sistema motor idealmente deve proporcionar à bobina acelerações e freadas quase que instantâneas;- A bobina precisa suportar as altas temperaturas originadas pela corrente de áudio sem perda da capacidademotor;- A suspensão necessita ser muito flexível para permitir altas excursões, ao mesmo tempo que não perca acentralização, características também conflitantes.Esses são só alguns das questões que o fabricante tem que resolver para transformar o seu produto em umsucesso de vendas. Ao longo dos anos, a Selenium tem sido bem sucedida nesses desafios.Projeto com o Woofer 730WAinda nos anos 70, o meu primeiro subwoofer utilizava um woofer de 12 polegadas, o modelo 730W (fs=28Hz,Qts=0,65, Vas=540 litros). esse foi o primeiro modelo nacional de falante com borda em semi-círculo de altacompliância, naquela época só encontrado em pouquíssimos e dispendiosos falantes importados.O corpo desse falante já era injetado em alumínio fundido sob pressão, extraordinária novidade para a época,empregando ainda bobina extra-longa, para maiores excursões. Montei esse woofer em uma caixa de compensadonaval com aproximadamente 160 litros, obtendo um Qtc perto de 0,7.Esse sub, o primeiro no qual empreguei um divisor ativo, atuava em conjunto com satélites que tinham comowoofers o irmão menor de 6 polegadas, o 715W, de características de construção semelhante, eextraordinariamente doce nos médios e médios baixos.Esse conjunto serviu muito bem durante muitos anos, até a concepção de um novo projeto. Esse projeto iniciou-se

com o lançamento da série 800 de woofers, os de cone branco, que se tornaram uma lenda no mercado.

Projeto com o Woofer 830W

O woofer de 12 polegadas, o 830W (fs=18 Hz, Qts=0,20, Vas=415 litros), foi lançado no início dos anos 80, e foi

mais uma evolução em relação à série anterior. Suas características o tornavam especial para um projeto mais

ambicioso: caixas a serem construídas em concreto, como parte da construção de uma casa nova.