COMO CONSTRUIR CAIXAS DE SOM – 1 parte – os Woofers

Os Woofers

Uma boa caixa de som tem pelo menos dois alto-falantes. Não existe um unico alto-
falante que consiga “falar” graves, médios e agudos*. Na verdade, para termos todas
essas freqüências precisaremos de vários alto-falantes, cada um especializado em uma
única faixa freqüência (às vezes mais de uma). Cada alto-falante diferente em uso é
chamado de “via”. Uma caixa de “2 vias” tem dois falantes diferentes, uma caixa de “3
vias” tem três falantes diferentes. Existem sonofletores comerciais de até “5 vias”, mas
nada impede um sistema com 10 vias, por exemplo.

*Nos primórdios da sonorização ao vivo, havia somente os alto-falantes Full-Range
(“freqüência toda”). Esses falantes tentam “falar” (reproduzir sons) graves, médios 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 médios e poucos
graves e agudos). Modernamente, não dá para se falar em sonorização profissional com
caixas de uma única via. Apesar dos full-range não servirem para P.A., eles ainda são
muito usados em pequenos microsystems, caixinhas de som para computadores, falantes
de televisão, etc. São baratos, e pequenos, já que nesses dispositivos o espaço disponível
é sempre pouco. Dão conta do recado porque 90% da informação sonora de uma música está na faixa que eles conseguem responder. Mas os outros 10% fazem uma diferença enorme…
Cada tipo de alto-falante é fabricado para atender a uma determinada faixa de
freqüência. Os woofers falam os graves, os tweeters falam os agudos, os mid-ranges ou
drivers falam os médios. Existem falantes que podem até mesmo falar duas freqüências,
como os “drivers titanium”, que falam médios e agudos. Uma boa caixa de som é o
resultado do funcionamento conjunto desses falantes, em equilíbrio.
Após essa pequena introdução, neste primeiro artigo vamos falar dos woofers, os alto-
falantes responsáveis pela reprodução de graves e médio graves. São fáceis de
reconhecer, pois são os falantes de maior tamanho (em comparação com os falantes de
médios e agudos) em uma caixa de som.

Vamos estudar as características gerais dos woofers. Elas se aplicam à maioria dos
produtos, mas é necessário saber que é possível fabricar falantes especiais, com
características diferentes do citado aqui. As características importantes em um woofer
são:
Material do cone
Pode ser de um tipo de papelão ou de polipropileno (tipo de plástico), rígido. Os cones
rígidos suportam melhor altas temperaturas e são encontradas nos carros (deixe um
carro preto fechado no sol de meio-dia no Nordeste do Brasil e entenderá o que é alta
temperatura). Em comparação com os cones de papelão, os rígidos são mais caros,
reproduzem um pouco melhor as baixas freqüências (mais perto de 20Hz) e pior as alta
freqüências (no caso, os médio-graves) que um cone de papelão.

Woofer Pyramid para automóveis, especial para competição. Observe o material do cone, de plástico
rígido.

Tipo de borda
a) woofers BASS-REFLEX tem a borda (onde o cone encontra a estrutura metálica) de
papelão ou tecido (ou uma mistura dos dois), em formato de pequenas ondas. É o
sistema mais utilizado em sonorização ao vivo.

Esse tipo de woofer é desenhado para caixas de som com dutos (ou pórticos) para saída
de ar (caixa “dutadas”, como a foto da caixa da Polivox, que apresenta dois dutos na
parte inferior). Os graves que são reproduzidos atrás do alto-falante (o woofer “fala
som” para frente e para trás) passam pelo duto, e são adicionados com os sons
produzidos na frente, conseguindo-se assim uma eficiência maior (o woofer “fala”
mais). Um woofer bass-reflex tem sensibilidade média de 90 (os piores) a até 100 dB/
1W / 1m (os melhores).

b) woofers de SUSPENSÃO ACÚSTICA tem a borda de borracha, bastante maleável,
formando apenas uma grande ondulação entre o cone e a borda. É o sistema mais
utilizado em som automotivo.

Esse tipo de woofer é desenhado para caixas seladas, pois o ar preso internamente
funciona como uma espécie de amortecedor, mas podem ser usados também em caixas
dutadas, desde que projetados para isso (a estrutura precisa ser mais resistente, por falta
do amortecedor). Conseguem “falar” frequências mais graves que os bass-reflex, para
um mesmo diâmetro do falante, mas em geral sacrificam a eficiência, que é muito ruim.
Vai de 84 (os piores) a até 92 dB/ 1W / 1m (os melhores), em geral. Isso quer dizer que, para que um “Suspensão Acústica” produza o mesmo som que um Bass-Reflex,
precisará de muito mais potência (para cada 3dB de diferença a mais na sensibilidade é
necessário o dobro da potência).
Os woofer Bass-Reflex são utilizado em P.A. por causa do melhor aproveitamento de
potência. Em som automotivo, não existe a menor necessidade de muita eficiência, já
que os ocupantes estão situados a poucos metros de distância, então os woofers de
suspensão acústica são preferidos, pela melhor resposta de graves (“falam” sons mais
próximos a 20Hz) que proporcionam.

Tamanho do woofer e resposta de frequência
Em geral, quanto maior for o diâmetro do woofer, melhor ele responderá aos graves
(mais próximo a 20Hz) e pior aos médio-graves. Da mesma forma, quanto menor o
woofer, menos responderá aos graves (mais longe de 20Hz) e mais médio-graves
“falará”. Isso por que sons mais graves exigem maior deslocamento de ar. Aqui,
tamanho é documento e faz muita diferença no som*. Segue abaixo uma pequena tabela
de exemplo, com uma média dos valores encontrados no mercado:

Woofer de 18” –(polegadas) – fala de 25Hz a 2,5KHz**
Woofer de 15” – “fala” de 40Hz a 4KHz
Woofer de 12” – “fala” de 60Hz a 5KHz
Woofer de 10” – “fala” de 70Hz a 6KHz
Woofer de 8” – “fala” de 80Hz a 7KHz

Ainda existem woofers de 6” e até 4”, cada vez falando mais médios e menos graves. Só
por curiosidade, existem modelos de 21″ e alguns experimentais de incríveis 60″.

• Existem excessões, claro. Existem falantes de pequenas dimensões especialmente
  construídos para sons graves. Falantes de 8″ que alcançam 25Hz e 4″ que alcançam 50″.
  São os falantes de caixas de som do tipo subwoofers, em geral usadas em sistemas de
  home-theaters domésticos, onde tamanhos reduzidos são importantes.

** Valores médios por polegadas encontrados em especificações técnicas de produtos
de fabricantes como Selenium, Oversound e Keybass. Não quer dizer que toda a
resposta de frequência será 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 aplicação.

Em geral, woofers de Suspensão Acústica, por terem borda maleável, que permite uma
grande movimentação do cone, conseguem responder freqüências mais graves (mais
próximas de 20Hz) que um Bass-Reflex de mesmo tamanho. Por exemplo, consegue-se
woofers de suspensão de 12” falando 30Hz, enquanto é raro um woofer bass-reflex de
12” que fale menos de 45Hz. Esse sistema é muito usado em som automotivo porque
não há como se colocar um woofer de 18” em um automóvel.

Cabe lembrar que o fabricante pode fazer um alto-falante específico para uma
determinada frequência. Existem woofers grandes (8″, 10″ ou 12″) que o fabricante
projetou para resposta de médio-graves (os chamados mid-bass). Alguns tem resposta
de frequência acima de 100Hz ou mesmo acima de 200Hz, feitos para trabalhar sempre
acompanhados de subwoofers.

Potência e Sensibilidade
Existem woofers de poucos Watts de potência até valores acima de 1.000 Watts RMS
(alguns woofers de 18’, usados em subwoofers de P.A). Evidente que, quanto maior a
potência, melhor. Mas é importante saber qual a forma de medir potência que foi
utilizada. No Brasil, é utilizada a norma ABNT NBR 10.303 para especificação de
potência. Então, para comparação, sempre use os valores NBR 10.303 de um e de outro
falante.

Apesar da potência máxima suportada ser importante, um outro parâmetro muito
importante e quase sempre esquecido é a sensibilidade (eficiência), que é o quantidade
de som (dB SPL) que um falante produz para um determinado nível de potência (1 W
RMS, medido a 1 metro). Para cada 3 decibéis a mais ou menos, a diferença é dobrar ou
dividir por dois a potência. Veja o exemplo:

Woofer com sensibilidade de 93 dB SPL/ 1 W / 1 metro consegue “falar”:
93 decibéis com 1 Watt RMS, medido a 1 metro de distância.
96 decibéis com 2 Watts RMS
99 decibéis com 4 Watts RMS
102 decibéis com 8 Watts RMS
105 decibéis com 16 Watts RMS
108 decibéis com 32 Watts RMS
111 decibéis com 64 Watts RMS (som muito alto, show de rock)

Woofer com sensibilidade de 99 dB SPL/ 1 W / 1 metro consegue “falar”
99 decibéis com 1 Watt RMS
102 decibéis com 2 Watts RMS
105 decibéis com 4 Watts RMS
108 decibéis com 8 Watts RMS
111 decibéis com 16 Watts RMS

Note que o mesmo volume de som foi conseguido com apenas 1/4 da potência 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 potência.
Daí a conclusão que potência precisa ser analisada junto com a sensibilidade. Isso é
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 diferença = dobro da potência). Se o som é exatamente o
mesmo, o preço….
*a formúla que calcula o máximo som produzido por um falante é: dB SPL = (10 x log
Potência RMS) + sensibilidade. Assim, temos:
woofer 500W RMS com 95dB/1W/1metro produz no máximo: dB SPL = (10 x 2,70) +
95 = 122 dB SPL
woofer 250W RMS com 98dB/1W/1metro produz no máximo: dB SPL = (10 x 2,40) +
98 = 122 dB SPL
Entretanto, na prática existe um fenômeno chamado de compressão de potência. A
elevação da resistência da bobina com a temperatura (ocorre principalmente quando o falante está próximo da sua potência máxima) provoca uma redução na eficiência do
alto-falante. Por esse motivo, se ao dobrarmos a potência elétrica aplicada obtivermos
um acréscimo de 2 dB no SPL ao invés dos 3 dB esperados, podemos dizer que houve
uma compressão de potência de 1 dB. Ou seja, no exemplo acima, o woofer de 250W
poderá falar apenas 121 dB SPL ou mesmo 120dB SPL, por causa da compressão de
potência. Ainda assim, uma pequena diferença em relação a uma enorme diferença no
preço.

Por tudo o que foi falado a melhor coisa, ao se decidir pela compra de um woofer, é
analisar o conjunto de parâmetros potência e sensibilidade (e não só potência, como
quase todos fazem).

Tipo de ímã
A energia elétrica que chega pelo fio alimenta a bobina. Esta, por estar imersa em um
campo magnético (o ímã), começa a vibrar, produzindo assim oscilasções no cone e
com isso, produz-se som. O tamanho e peso do ímã influenciam diretamente na
quantidade de som produzida, e é um dos fatores determinantes da potência máxima que
o falante pode alcançar. Os atuais ímãs são de ferrite, grandes e pesados. Mas já existe
uma nova tecnologia para substituir esse material, que é o neodímio, um material que
consegue produzir um forte campo magnético mesmo em tamanhos reduzidos (e
peso menor).

Falantes de neodímio ainda são muito caros, mas já existem alguns modelos comerciais.
Mas com o tempo o preço vai abaixar, e veremos cada vez mais e mais falantes (e por
consequência, caixas acústicas) leves e muito potentes.
Construção
Woofers são relativamente simples de construir e por isso há tantas empresas
fabricando-os. Existem os grandes fabricantes, como Snake, Selenium, Hinor,
Oversound, Bravox, Keybass e Eros, além 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 também existem pequenos fabricantes com projetos sofríveis).

Exija sempre que o woofer atenda à norma NBR 10.303 da ABNT e que o fabricante
disponibilize os parâmetros Thiele-Small, parâmetros técnicos usados na construção das
caixas acústicas. Só os melhores fabricantes disponibilizam essas informações.

Uso
Para resposta de voz, um woofer de 8” já serve, pois já fala os graves que a voz humana
consegue produzir (de 100Hz para cima). Mas um woofer de 8” não consegue falar os
sons de um contrabaixo elétrico ou acústico, um bumbo ou percussão, 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 então uma caixa
com um alto-falante especialmente construído para isso. Os cubos de baixo são assim,
construídos 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 reproduzam o som de contrabaixos, por exemplo, aumentando o
volume do instrumento o máximo possível. Muitas dessas tentativas acabam estourando
os woofers, pois tudo o que eles não conseguem reproduzir é perdido como calor, e
excesso de calor rompe a bobina. A única solução é comprar uma caixa específica para
contrabaixo (um cubo) ou uma caixa de som de dimensões generosas (falantes de 12 ou
15″).

Um detalhe mínimo, mas importante sobre woofers. O som grave “sai” mais pelas
bordas, e o som médio mais pelo centro. Alguns woofers usam centros metálicos (de
alumínio), para melhorar a resposta de médios. Daí que se o baixista quer o máximo de
“peso” (graves), o cubo precisa estar “de lado”. Mas se quer ouvir mais médios, precisa
estar “de frente” para o músico. Claro que a diferença só é percebida por ouvidos
treinados, os baixistas preferem mesmo é aumentar o volume!

Subwoofers
Do ano 2000 em diante, cada vez mais temos visto lançamentos de caixas de som do
tipo subwoofers. Nada mais são do que caixas especializadas em sons subgraves,
aqueles próximos a 20Hz (em geral, entre 20Hz e 200Hz). Antera, Staner, Ciclotron,
Attack e Leac’s, todos os grandes fabricantes brasileiros de caixas de som tem
subwoofers para PA.

Subwoofer ativo (com seu próprio amplificador). Produto de demonstração da tecnologia.

Em muitas caixas subwoofer, o falante fica totalmente dentro da caixa, apenas existindo
alguns dutos para a saída dos graves, como na caixa abaixo, da Antera.

Os sons subgraves são os mais difíceis de serem conseguidos. Se é fácil encontrar
caixas que falam 20KHz, o limite dos agudos, é dificílimo encontrar alguma que chegue
perto dos 20Hz. Como colocar falantes de 18” ou até mesmo 21” em uma caixa de som
é algo complicado, tanto pelo tamanho quanto pelo peso final, a solução foi colocar
esses falantes em uma caixa separada – o subwoofer.

Existem alguns sistemas de caixas que funcionam com o subwoofer sendo uma opção –
um complemento – em que as caixas do P.A. já falam graves, mas não conseguem ir
muito abaixo de 50Hz (depende do tamanho do woofer). Em outros, o uso de
subwoofers é obrigatório, onde as caixas do P.A. têm a resposta de frequência de
médio-graves para cima, sendo o papel dos graves apenas dos subs.

A escolha de caixas para a aquisição deve sempre levar em conta o tipo de uso (voz,
instrumentos), o tipo de instrumentos e o tipo de estilo musical aplicado (alguns estilos
usam mais graves que outros, como o funk tem um grave muito maior que música
clássica). Caixa de som é muito mais que potência, que normalmente é a primeira e
única pergunta do comprador.

SEGUNDA PARTE —–>>>