Saiba mais sobre associação de alto falantes e ou caixas de som.

Quando vamos instalar um sistema de sonorização, temos que prestar muita atenção na hora de fazer as ligações ou associações dos alto falantes e ou caixas de som, para isso fazemos os cálculos da impedância total e assim evitarmos danos nos alto falantes e amplificadores.

(1) Pondo-se em prática certas medidas cautelares, veremos que associar alto falantes
é tarefa efetivamente fácil.
As principais medidas a serem observadas são as seguintes:
a) Nunca ligar ao amplificador carga de alto falantes cuja potência seja inferior à do mesmo.

b) A potência total da carga de alto falantes deve ser de 20 a 25% maior que a do amplificador para evitar distorções, não exceder os 25% ou haverá grande perda de potência sonora.

c) A impedância da carga de alto falantes deve ser igual a que estiver presente nos terminais de saída do amplificador. Se o amplificador tem saída de 4 ohms os alto fantes devem ser de 4 ohms , se for de 2 ohms ou 8 os alto falantes devem ser da mesma impedância do amplificador ou ocorrerá distorções e perda de
potencia e até sobre carga da saída do amplificador!.

d) Se o desempenho do amplificador abranger a alta fidelidade, usar caixas de som de três alto falantes providas de filtros divisores de frequências, ou então empregar alto falantes individuais do tipo Extended Range.

e) Para evitar problemas preferir usar alto falantes da mesma potência e idêntica impedância.

f) Examinar periodicamente os alto falantes. Aquele que estiver mudo deve ser imediatamente substituído, ou reparada a causa de sua mudez, em muitos casos é um curto em suas bobinas internas e pode provocar danos ao amplificador.

ASSOCIAÇÃO E IMPEDÂNCIA RESULTANTE :

A associação de alto falantes ou caixas de som obedece as leis da associação de resistências.
(2) Podem ser associados em série, paralelo ou mista. O que se busca com a associação é obter um valor de impedância do grupo de alto falantes igual ao da saída
do amplificador. Isso é condição fundamental para que o máximo de energia seja transferida do amplificador para a carga de alto falantes.
A associação de alto falantes pode ser feita de diversos modos, a saber:

a) Associação na qual os falantes são ligados numa configuração série, paralelo ou mista, sendo o grupo conectado diretamente à linha distribuidora de som.

b) Associação idêntica, sendo porém a conexão com a linha feita por meio de transformadores.

c) A mesma associação, efetuando se porém a conexão com a linha através de atenuadores resistivos.
NOTA: Em qualquer um dos casos pode haver um só alto falante
ou caixa, quando então  deixará de existir associação.
Seguem se alguns exemplos de associação, todos objetivando casar as impedâncias.

Vejamos a fig.1 e sua legenda explicativa.

No grupo acima temos quatro alto falantes de 8 ohms cada um , ligados em série, e no de baixo idêntica ligação.  Cada grupo oferece uma resultante ôhmica de 32 ohms.  Como os dois grupos acham-se associados em paralelo, a resistência é de 16 ohms, impedância essa igual à do amplificador.

 Na figura abaixo temos os mesmo alto falantes em outra configuração associativa.  Todos os falantes são de 8 ohms.  Os grupos A, B, C e D são formados, cada um deles, por dois falantes em série.  Cada grupo tem portanto 16 ohms de resistência.  Como os quatro grupos estão ligados em paralelo, a resultante ôhmica é igual a 16 divididos por 4.  Resultado 4 ohms.

Os mesmos falantes da fig 1 dispostos em configuração diferente.  Analisando em termos de resistência em associação mista, a resultante ôhmica é de 4 ohms.

ASSOCIAÇÃO DE IMPEDÂNCIA DIFERENTES.

A gama de configurações associativas de alto falantes é teoricamente ilimitada. Na prática, porém, existem limitações. Não se deve, por exemplo, dispor dez altofalantes
de 8 ohms diretamente em paralelo com a linha de áudio. Não existe amplificador de linha comercial que ofereça uma impedância de 0,8 ohms na saída. Os padrões mais comuns são 4, 8, 16 e 600 ohms. Não é também de boa técnica, por exemplo, dispor 75 alto falantes de 8 ohms em série, para usar a saída de 600 ohms. Queimandose
uma das unidades, todo o sistema de fonoclama entraria em colapso, e isso com grave risco para o amplificador, que passaria a trabalhar sem carga.

Na associação de impedâncias diferentes, a potência total aplicada ao grupo associado dividir se á entre os diversos alto falantes, isso de maneira diferente. Na figo 3 vemos um grupo de falantes associados onde as impedâncias individuais diferem. Vê se nesse grupo que cada unidade recebe uma parcela diferente da potência geral disponível. Trata-se de um grupo em associação direta, isto é, desprovida de transformador para casar a impedância carga/amplificador.

Associação de alto falantes de impedâncias diferentes, mostrando a resultante ôhmica e a potência que cada falante deve ter.  A potência na saída do amplificador deveria ser de 18,4 Watts, ou seja 20% menor que a da carga, (3).

Vemos no desenho a indicação da resultante ôhmica de cada grupo de falantes associados, bem como o valor final de impedância. Ela é de 8 ohms, casando perfeitamente com a do amplificador.
No grupo associado da fig.3 acima temos uma potência total de 23 watts e uma impedância final de 8 ohms. Essa carga de alto falantes deve ser alimentada por um amplificador de, no máximo, 23 watts, apresentando em seus terminais uma impedância de 8 ohms.

(3). As indicações dessa figura 3 mostram que cada grupo de falantes recebe uma parcela da voltagem desenvolvida nos terminais de saída do amplificador. Essas indicações são comprovadas matematicamente, como pode ser visto a seguir.

 DISTRIBUIÇÃO DOS WATTS EM ASSOCIAÇÃO SÉRIE

Imaginemos uma situação. Dispomos de alguns alto falantes e desejamos ligálos em série.
O amplificador a ser usado libera em seus terminais de saída uma potência de 25 watts, sendo de 16 ohms a impedância. Os alto falantes disponíveis são dois de 4 ohms e um de 8 ohms. Ignoremos por enquanto a potência dos falantes. A ligação seria como mostra a imagem abaixo.

A imagem logo acima mostra alto falantes de impedância diferentes conectados em série.  A potência de 25 Watts entregue pelo amplificador será dividida entre as três unidades.

O exemplo mostrado na imagem acima, apesar de simples, é de um FONOCLAMA (equipamento de amplificação e distribuição do som, destinado a transmitir ordens verbais, a bordo ou em terra.).

Ainda usando a imagem acima.

A primeira providência num projeto dessa natureza, é saber como a potência se distribuirá pelos pontos A, B, e C, para então determinarmos qual a potência que cada alto falante deve ter.

Começa-se calculando o valor da corrente que circula no circuito série.

Como os três falantes acham-se associados em série, a corrente de 1,25 A é a mesma em todos eles.
O passo seguinte é calcular a potência desenvolvida em cada ponto, com auxílio dos valores conhecidos de corrente e resistência.

Somando-se as potências individuais temos: 6,25 + 12,5 + 6,25 = 25 W
Cada alto falante deveria ter, teoricamente, as potências indicadas. Praticamente isso não acontece.
Primeiramente não encontramos unidades de potências exatamente iguais às calculadas. Em segundo lugar a carga constituída pelos falantes deve ser sempre maior que a do amplificador, entre 20 e 25%. Assim se procede por medida de segurança, para evitar que em nenhum momento a potência da fonte seja maior que a
da carga.
No caso série imaginário desconhecemos as potências dos altofalantes,
mas sabemos a impedância resultante do grupo associado e a potência do amplificador. Há no entanto casos onde sabemos a potência e a impedância
de cada falante, valores esses que uma vez eqüacionados determinarão qual deve ser a impedância e a potência do amplificador.

Simulemos uma situação.

Dispomos de nove alto falantes, sendo todos de 5 watts e 8 ohms. O amplificador disponível apresenta em sua saída uma impedância de 8 ohms e libera em seus terminais uma potência de 36 watts.
Vejamos se é possível ligar essa carga de falantes ao amplificador, e se for possível como deve ser feita essa ligação.
O primeiro cuidado é verificar se a carga pode ser alimentada pelo amplificador, se ela é capaz de dissipar a energia que chega a seus terminais. Como regra de segurança a carga deve ser de 20 a 25% maior que a potência do amplificador. No caso são nove alto falantes de 5 watts cada um, o que perfaz um total de 45 watts. O amplificador deve, pois, entregar a essa carga 36 watts, ou seja menos 9 watts.
Determinada qual a energia que o amplificador pode entregar à carga para ser dissipada sob a forma de som, cabe agora armar a malha de associação dos alto falantes, de modo que a mesma ofereça uma resultante ôhmica de 8 ohms,
objetivando casar as impedâncias alto falantes/amplificador. A disposição da malha cuja resultante se apresenta bem próxima de 8 ohms é a mostrada na figa 5.

Fig. 5 – Malha de alto falantes, todos de 8 ohms, cuja resultante ôhmica é de 7,9 Ohms, praticamente 8 Ohms.  Essa malha é equivalente a uma associação mista de resistores.

Resolvendo essa malha pela Lei de Ohm, vemos que em seus terminais surge uma impedância de 7,9 ohms, quase 8. Essa discrepância, motivada por imperfeição de cálculo, em nada afeta o casamento das impedâncias.
Lembremo-nos de que a matemática é quase perfeita, isso por faltar-lhe
instrumentos de representação perfeitos.
Os valores de voltagem e ‘corrente estão indicados em cada alto falante
e em diversos pontos da linha. Os números mencionados são produto de cálculo teórico, como se a malha estivesse submetida a um tom contínuo de áudio, de freqüência fixa. No seu desempenho os alto falantes estarão recebendo componentes
C.A., cujos valores, sabemos, variam na função seno.

ANÁLISE DA MALHA
Essa malha de alto falantes é analisada como se fosse uma de resistores. Serão analisados apenas uns poucos aspectos da malha, isso no grupo A, uma vez que analisá-la totalmente tomaria muito espaço.
Considerando-se um determinado instante, quando a corrente deixa o extremo “positivo” dos terminais do amplificador, ela chega ao ponto de união dos “positivos” dos três alto falantes.
Nesse ponto ela se divide, passando em cada ‘falante somente 0,71A. Saindo pelo “negativo ” de cada falante, os 0,71A de cada unidade sonora voltam a reunirse,
refazendo-se a corrente de 2,13A que segue para o grupo B. O valor da tensão que
aparece nos terminais do amplificador, quando a plena carga, é achado pela fórmula que se segue.

Esses 16,86 V aplicados aos terminas da malha provocam a passagem de uma corrente de 2,13 A. Essa voltagem distribui-se pelos grupos A, B e C da malha, ficando 5,68V em cada grupo. A corrente de 2,13 A, excita com 0,71 A cada alto falante de cada grupo.
Ainda considerando o grupo A tomemos ao acaso um de seus falantes, o primeiro de cima para baixo. Ele é de 5W e a potência nele desenvolvida fica um pouco abaixo de seu valor especificado. Vejamos matematicamente.

Essa potência abaixo do valor especificado para o falante é fácil de entender. Linhas atrás foi dito que, como regra de segurança, a carga total de alto falantes deve ser de 20 a 25% maior que a potência disponível nos terminais do amplificador. Assim sendo, no caso abordado, a potência oferecida pelo amplificador é menor que a da carga dos alto falantes. Logo, eles irão trabalhar com potências menores que as especificadas.

Os exemplos mostrados servem para quantidades modestas de alto falantes associados; pequenos fonoclamas.
Existem instalações dessa espécie onde há um studio de áudio controlando inúmeros alto falantes, beirando a casa dos mil. Evidentemente um fonoclama dessa envergadura não é simples de projetar. Para potências tão elevadas existem vários amplificadores, cada qual alimentando um setor da carga total, sendo eles por sua
vez comandados pelo studio. .
Não obstante a simplicidade dos exemplos apresentados, os princípios que os norteiam são válidos para qualquer nível de fonoclama.
Até 100 watts um só amplificador pode alimentar toda uma carga de alto falantes. Podemos considerar 100 watts como limite das baixas potências e o limiar das altas. Quando se tratar de fonoclamas ou distribuição sonora para reprodução em qualidade de boa a razoavelmente boa, usar alto falantes que cubram uma ampla faixa de freqüência. Esses componentes são do tipo Extended Range. São empregados em equipamentos gravadores e reprodutores de som. O espaço disponível nas caxias desses aparelhos não permite colocar mais de um alto falante. Se a qualidade exigida para o som for de boa a muito boa, beirando o “High”, torna-se indispensável o uso de caixas de som com três falantes; o woofer, o mid e o tweeter, providos de filtros divisores.

(1) Nem sempre poucos alto· falantes significa baixa potência. Pode haver uma carga de 100W em apenas quatro alto falantes de 25W cada, ou vinte unidades de 5W. O que importa é a carga total aplicada ao amplificador.

(2) Resistência e resistor. Resistor é a peça, o componente. Resistência é a qualidade que o componente tem, isto é, oferecer oposição à passagem da corrente. Dizse
que um resistor tem resistência.

(3) Na prática a carga deve ser de 20 a 25% maior que a do amplificador. Isso constitui medida de segurança, tendo por finalidade evitar que a fonte libere uma potência impossível da carga dissipar, o que poderá danificar ambos.

(4) As ligeiras discrepâncias entre os valores indicados deve-se às perdas decimais. A matemática é exata na sua essência, mas imperfeita na forma de execução. As dízimas períodicas são um exemplo disso. Pode-se dizer que ela é quase exata.

(5) Sistema de difusão sonora. Consta de um amplificador (fonte) central e diversos alto falantes· espalhados em vários pontos de um edifício, aeronave ou navio.

(6) Quando se diz alto falante de 8 ohms de impedância, estamos nos referindo de fato à sua resistência ôhmica. Praticamente adota-se os 8 ohms de resistência como sendo de impedância. Impedância é uma variável surgida na presença de corrente alternada, e resistência é referida a corrente contínua.

(7) Em física e eletricidade o termo malha é empregado na associação de resistências. Como os alto falantes oferecem resistência, é correto dizer-se malha de alto falantes.

(8) É comum encontrarmos alto falantes e caixas de som tendo seus terminais marcados com os sinais POSITIVO e NEGATIVO. Isso é apenas identificação dos terminals para fins de fasagem. Os impulsos de áudio são corrente alternada, carecendo de lógica distingüilos eletricamente.O unico caso onde isso é aplicado é
aonde se usa alto-falantes conectados direto nas linha de alimentação positiva de uma fonte mas isso não se aplica a amplificadores de audio, somente a sistemas de sirene.

BIBLIOGRAFIA
LIMA, David A.Projetos Simples de Linhas de Áudio Revista ANTENA; dez.81.
LIMA, David A.Projetos Práticos de Sistemas de Som. Revista MONITOR de Rádio e TV Abr.76
LIMA, David A.Casamento de Impedâncias em Fonoclamas Revista MONITOR de Rádio e TV mar. 81