Como ligar corretamente diversos alto-falantes num sistema de som, separando as frequências de reprodução conforme suas características? Esta é uma pergunta muito importante e que somente a resposta correta permite levar ao projeto de uma caixa acústica ou sistema de som de qualidade e que não coloque em risco a integridade de seu amplificador Veja nas nossas explicações e sugestões como fazer as ligações certas de seus alto-falantes e como utilizar filtros separadores de frequências.
Os amplificadores de som, de alta qualidade, são aparelhos de tecnologia avançada que se destinam a amplificar sinais de uma faixa bastante ampla de frequências, situada entre 20 Hz e mais de 20 000 Hz que corresponde à faíxa dos sons audíveis.
De nada adianta o leitor possuir um excelente amplificador que lhe possibilite ter, em elevada intensidade, sinais de todas estas frequências, se os alto-falantes usados na sua reprodução não forem bons, não estiverem ligados de maneira correta ou não corresponderem às características de seu amplificador.
Muitos pensam que, para ter uma boa qualidade de som, basta ter um potente amplificador e um jogo de alto-falantes, quanto maiores melhor será.
Nada mais errado!
Existe muita confusão entre a qualidade de som e a potência de um amplificador.
Um amplificador pode ser potente, mas sua qualidade de som pode ser péssima, do mesmo modo que um amplificador pode ser “fraco”, mas sua qualidade de som excelente.
Tome como exemplo a sua audição individual com um par de fones. Quando você usa este dispositivo com o máximo volume de seu amplificador, não importa qual seja sua potência, o som que ele está reproduzindo dificilmente chega a 1 watt de potência! (figura 1)
Isso mesmo! Não pense que é o fato de ter um amplificador de 100 W ou mais que vai lhe garantir a qualidade do som no seu fone; nestas condições, você obteria o mesmo com um amplificador de 1 W apenas, que é muito mais barato!
É claro que o problema de reprodução seria consideravelmente mais simples se usássemos somente fones. Na prática, entretanto, também precisamos de uma reprodução em maior escala, uma reprodução com muito maior potência que deve ser suficiente para ambientes de diversos tipos.
É justamente em função das dimensões do ambiente que selecionamos a potência de nosso equipamento, se bem que ultimamente haja um exagero dos fabricantes e também dos compradores, no sentido de sempre ter um “som" de muito maior potência do seria realmente necessário para encher sua casa ou apartamento.
Explora-se a confusão que se faz entre qualidade e potência novamente.
Mas, o que interessa para nós neste artigo é que, quando a reprodução se faz com potências mais elevadas, utilizam-se alto-falantes e, diferentemente dos fones, eles não são de tipo único.
Um fone de ouvido pode razoavelmente reproduzir bem uma boa faixa de frequências, mesmo porque não se necessita de potência elevada.
No caso de alto-falantes, entretanto, a necessidade de reproduzir sons em grande intensidade é um sério problema para os projetistas, pois estes tendem a ser seletivos.
Isso quer dizer que os alto-falantes tendem a reproduzir melhor determinadas faixas de potências, conforme suas dimensões, a maneira como são construídos e o seu formato.
Uma caixa acústica, da qual não se exija muita qualidade, pode ter apenas um alto-falante cuidadosamente escolhido e reproduzir bem uma boa faixa das frequências que correspondem aos sons audíveis, conforme ilustra a figura 2.
Entretanto, esta caixa não pode ser considerada a altura da qualidade dos equipamentos que se encontram à disposição de um público mais exigente.
O ideal é dividir as frequências da faixa que deve ser reproduzida e fazer com que um alto-falante especial para cada uma seja utilizado. Teremos então, no limite inferior da faixa, compreendido entre 10 e 200 Hz, o alto-falante de graves ou woofer como é também chamado.
Teremos na faixa intermediária, entre 200 Hz e 5 000 Hz aproximadamente, que é a faixa de médios, o alto-falante denominado mid-range, e finalmente na faixa de 5000 Hz ao limite superior, que pode ultrapassar os 20 000 Hz, o alto-falante de agudos ou tweeter.
Conforme ilustra a figura 3, a principal diferença que encontramos nos alto-falantes, conforme a faixa, está nas dimensões de seu cone, que é a parte móvel deste elemento, a qual empurra o ar para frente e o puxa para trás, criando assim ondas de compressão e descompressão que são o som.
Obs. Tecnologias modernas conseguem alto-falantes de graves com dimensões muito pequenas, conforme podemos observar nos home-teaters.
Veja que um alto-falante de agudos pode perfeitamente ser pequeno e ser destinado à reprodução de potências de até 50 W e ao mesmo tempo um alto-falante de graves ser bastante grande e não suportar mais que 20 W. As dimensões não têm nada a ver com a potência!
Observamos aqui um fato importante que normalmente é motivo de confusão entre os leitores: a potência marcada no alto-falante. O que ela significa?
Será que um alto-falante de 50 W é necessariamente melhor que um de 20 W?
Que um é mais caro que o outro, sabemos, mas a qualidade novamente nada tem a ver com a potência. O valor em watts (W) marcado num alto-falante indica quanto ele pode suportar de potência quando ligado a um amplificador.
A quantidade de som que realmente cada um dará depende da potência do amplificador apenas.
Assim, se ligarmos o alto-falante de 20 W num amplificador de 20 W, teremos 20 W de som e, do mesmo modo, se ligarmos um amplificador de 20 W num alto-falante de 50 W, ainda teremos 20 W de som.
O que pode acontecer de ruim é que, se ligarmos um amplificador de 50 W num alto-falante que suporta apenas 20 W, ele queimará!
É importante dar uma margem de segurança na escolha da potência de um alto-falante em função daquilo que o amplificador pode fornecer, mas de modo algum ela precisa ser exagerada!
Mas, uma vez adquirido o alto-falante e colocado na caixa, é só fazer sua ligação ao amplificador? Como fazer as ligações nos casos em que usamos mais de um alto-falante?
LIGAÇÕES DE ALTO-FALANTES
Conforme vimos, existem alto-falantes próprios para a reprodução de cada faixa de som: graves, médios e agudos.
Além da faixa de sons e da potência de cada alto-falante existe ainda uma característica importante que determinará sua ligação: a impedância.
A impedância diz de que modo o alto-falante se comporta em termos de recebimento da potência do amplificador quando ligado a ele.
Esta impedância é medida em ohms, do mesmo modo que a característica de saída do amplificador. Os valores mais comuns são 4 e 8 ohms.
Para que o amplificador consiga entregar toda sua potência a um alto-falante, os dois devem ter suas impedâncias casadas, conforme mostra a figura 4.
O amplificador também funcionará bem, com uma queda pequena na sua potência máxima, se o alto-falante usado tiver uma impedância maior, conforme mostra a figura 5.
Mas, do mesmo modo como mostra esta figura, o amplificador poderá sofrer uma séria sobrecarga se a impedância do alto-falante for menor.
Ligando um alto-falante de 4 ohms num amplificador que tenha saída especificada para 8 ohms, estaremos correndo o risco de queimá-lo.
Isso é simples de observar quando ligamos apenas um alto-falante na saída de um amplificador, pois basta olhar a sua impedância.
Entretanto, quando alto-falantes são ligados em conjunto, eles alteram a impedância obtida, o que quer dizer que dois alto-falantes de 4 não se comportam como 4 ohms, mas sim outro valor que depende da maneira como os ligamos.
É muito importante saber calcular a impedância representada por um conjunto de alto-falantes se pretendemos ligá-los a um amplificador.
Existem duas maneiras básicas de fazer a ligação de alto-falantes:
Ligação em série
Na ligação em série, um alto-falante é ligado em seguida ao outro, conforme mostra a figura 6.
Nesta associação as impedâncias dos alto-falantes são somadas, isto é, dois alto-falantes de 4 ohms resultam numa impedância total de 8 ohms.
As potências são divididas, o que quer dizer que, se ligarmos estes dois alto-falantes num amplificador de 20 W, cada um receberá 10 W.
Veja que existe em cada alto-falante uma marcação de (+) que corresponde à sua fase.
Os alto-falantes devem ser mantidos em fase para que os movimentos dos seus cones sejam sempre no mesmo sentido.
Ligação em paralelo
Na ligação em paralelo, um alto-falante fica ao lado do outro, em termos de receber a energia do amplificador, conforme mostra a figura 7.
Nesta associação as impedâncias se dividem, o que quer dizer que dois alto-falantes de 8 ohms resultam numa impedância de 4 ohms.
Neste caso, as potências também são divididas.
Veja o leitor que nos dois casos, supomos apenas dois alto-falantes iguais.
Se os alto-falantes forem diferentes, na associação em série são somadas suas impedâncias, e na associação em paralelo, temos de aplicar uma fórmula que não daremos aqui para não “complicar" o leitor.
Mas, e se os alto-falantes, além de diferentes nas impedâncias, também se destinarem a faixas de reprodução distintas?
Neste caso, tudo que foi visto acima não vale.
ALTO-FALANTES DE TIPOS DISTINTOS
Para um sistema de som de qualidade, o ideal seria ter um alto-falante para cada uma das faixas de som que queremos, conforme mostra a figura 8.
Mas, a ligação destes alto-falantes não deve ser feita de maneira tão simples como sugere a figura.
A ligação em conjunto destes alto-falantes envolve diversos problemas.
O primeiro problema está no fato de que os alto-falantes não “sabem" distinguir as frequências que recebem daquelas que devem reproduzir, o que significa que devemos entregar-lhes somente os sinais que lhes correspondam.
Se outros sinais forem juntos o alto-falante não os conseguirá reproduzir com perfeição, mas eles serão absorvidos e poderão até causar problemas.
Um tweeter que receba sinais de baixas frequências, ou mesmo médios, pode sofrer uma sobrecarga, pois os sinais não reproduzidos se convertem em calor e ele queimará.
Precisamos então separar os sinais das diferentes frequências que devem ser reproduzidas, conforme mostra a figura 9, utilizando para esta finalidade filtros divisores.
Os filtros divisores podem tanto ser adquiridos prontos, como montados.
O tipo básico de filtro é o que separa os graves e médios dos agudos e é formado por uma bobina e um par de capacitores. Na figura 10 temos seu diagrama.
O capacitor bloqueia os graves, mas deixa passar os agudos, e a bobina (indutor) bloqueia os agudos e deixa passar os graves.
Para o seu amplificador, damos três sugestões de projeto que podem ser aplicados tanto em casa como no carro.
PROJETO 1
O circuito completo é mostrado na figura 11 e suporta potências de até 1ooW por canal.
A bobina consta de aproximadamente 100 voltas de fio esmaltado 14 numa forma de papelão ou madeira. O número de voltas pode ser sensivelmente modificado conforme a intensidade dos graves desejada.
Os capacitores são eletrolíticos com pelo menos 50 V de tensão de trabalho e seu valor pode ficar entre 4,7 e 10 uF, conforme a intensidade dos agudos que o leitor desejar.
Os capacitores podem ser ligados junto ao tweeter e a bobina junto ao outro alto-falante.
Veja que, neste sistema, temos um alto--falante reproduzindo a faixa de graves e médios simultaneamente.
O outro problema que ocorre na utilização de diversos alto-falantes refere-se a impedância final. Se as frequências dos sinais forem separadas, então, não haverá alteração na impedância final em função das impedâncias dos alto-falantes usados.
Por exemplo, se houver separação criteriosa das faixas de frequência entre um woofer de 4 ohms, um mid-range de 4 ohms e um tweeter de 4 ohms, então a impedância do conjunto ainda será de 4 ohms.
No caso do projeto 1, por exemplo, podemos utilizá-lo, sem problemas, em amplificador de 4 ohms, empregando alto-falantes de 4 ohms e em amplificador de 8 ohms com alto-falantes de 8 ohms,
A divisão por 3 faixas é mostrada na figura 12.
Em série com o alto-falante de graves temos um indutor; em série com o alto-falante de médios um indutor e um capacitor despolarizado, e finalmente em série com o tweeter um capacitor despolarizado.
O capacitor despolarizado significa que não se trata de eletrolítico comum. O eletrolítico comum tem polaridade e se for utilizado diretamente num circuito como este poderá queimar-se.
Dois eletrolíticos em oposição, como no projeto 1, entretanto, formam um capacitor despolarizado.
Nas casas especializadas existem capacitores despolarizados próprios para este uso.
PROJETO 2
O projeto 2 leva ao leitor um sistema de 3 canais, ou seja, de três alto-falantes, cada qual reproduzindo um faixa de frequências.
Neste caso, os componentes foram dimensionados para suportar potências de até 100 W por canal, desde que os alto-falantes escolhidos estejam de acordo. (figura 13)
As bobinas têm suas dimensões mostradas na mesma figura e são enroladas com fio grosso, 14 ou 16, para que a resistência seja mínima e suportem potências elevadas.
Os capacitores podem ser eletrolíticos com valores entre 4,7 e 10 uF e tensão de trabalho acima de 50 V.
Neste caso também será preciso observar a fase de cada alto-falante para que problemas de reprodução não ocorram. Isso é feito seguindo-se a ligação dos alto-falantes de graves, médios e agudos, segundo as poIaridades marcadas no desenho.
PROJETO 3
Na figura 14 temos um circuito para três alto-falantes, sendo um woofer, um mid-range e um tweeter, mas com um sistema comutador que permite ajustar o efeito da bobina no alto-falante de graves, e mais um sistema comutador para modificar o efeito dos capacitores no tweeter.
Com isso pode-se ter um controle passivo de graves e agudos.
As bobinas são mostradas em separado, constando de espiras de fio 14 e 16 em quantidade indicada na própria figura e com tomadas para uma delas, também nas espiras indicadas.
Os capacitores devem ser de 4,7 e 10 uF com tensão de pelo menos 50 V.
É claro que existem muitos outros projetos de divisores de frequências e o leitor pode até mesmo encontrar conjuntos prontos para venda.
Obs.: neste artigo empregamos alguns termos que realmente não correspondem ao usual em eletrônica. Se o fizemos foi com a finalidade de tornar o artigo o mais acessível ao leitor sem muito preparo técnico, possibilitando assim maior compreensão.
Obs. No site o leitor encontrará diversos artigos explorando o mesmo assunto, assim como projetos práticos de divisores.
