Álvaro C. de A. Neiva

Uma das tendências mais atuais no projeto de caixas acústicas é a integração do projeto eletroacústico da caixa com os sistemas eletrônicos associados ( crossovers, amplificação de potência, equalização )

O projeto do sistema SIGMATEC CUSTOM partiu de algumas definições:

1. Utilizar um driver de compressão de faixa larga para as altas freqüências, evitando o uso de tweeters, de forma a simplificar o sistema e reduzir o seu custo;
2. O sistema seria composto de duas caixas, uma de faixa larga, capaz de ser usada só, em duas vias, ou aumentada com um subwoofer para estender a resposta de baixas freqüências e a capacidade de potência, caso o programa ou o ambiente o exigissem.

Um objetivo deste projeto será obter para a caixa de faixa larga uma freqüência de corte inferior de cerca de 50 Hz a -3 dB. No outro extremo, usaremos uma corneta do tipo diretividade constante e iremos precisar de equalização para compensar perdas de alta freqüência que possam ocorrer na interface entre driver e corneta e devido ao uso de um filtro protetor contra poeira, de forma a levar a freqüência de corte superior do sistema (-3dB) a cerca de 17 kHz.

Definidos os objetivos do projeto, o primeiro passo será simular o comportamento da caixa quanto à resposta de freqüência e excursão do alto-falante, sendo necessário para isso obter as funções de transferência Pr(s)/Eg(s) e Xd(s)/Eg(s), onde Pr(s), Xd(s) e Eg(s) são as transformadas de Laplace da pressão irradiada p_r(t), do deslocamento do cone x_d(t) e da tensão de entrada e_g(t). Seguindo o modelo de Thiele e Small [2] e plotando o módulo destas funções quando s = j2pf, obteremos os seguintes gráficos:

De posse dos parâmetros do alto-falante, escolhemos um volume compatível com dimensões razoáveis para a caixa e ajustamos a freqüência de sintonia fb da caixa de forma a obtermos uma resposta de freqüência próxima à desejada.

Excursão do transdutor: função de transferência X_d(s)/Eg(s), metros/Volt

Podemos observar o comportamento de X(f) em dB para avaliar a taxa de variação em dB/oitava:

De posse destes dados, poderemos calcular qual a máxima tensão de entrada em função da freqüência permitida para funcionamento linear e para evitar dano mecânico, pelo menos em regime permanente, em valores de pico, tensão de entrada senoidal.

Eletrônica

Proteção do transdutor

1 - Domínio da freqüência: qual a filtragem adequada para a remoção de sinais de freqüência fora da banda passante do sistema eletroacústico?

Observando as curvas de deslocamento em função da freqüência, vemos que o deslocamento do cone tem seu valor máximo, por Volt de entrada, em C.C., um primeiro mínimo em fb e um pico acima de fb, bem dentro da faixa passante, isto acontecendo devido ao baixo Qts do falante escolhido. Para proteger os alto-falantes de sinais fora da banda passante útil da caixa, sem aumentar excessivamente a freqüência de corte inferior, escolhemos um filtro de 3^a ordem e fc de 40 Hz.

O pico de excursão acima de fb irá limitar a voltagem máxima senoidal que poderemos aplicar à caixa em 51.4 Vrms, ou o equivalente a uma potência de 330W por falante, antes de excedermos os limites mecânicos do falante

2 - Domínio da amplitude: limitação da amplitude do sinal aplicado aos transdutores.

Observando as curvas de compressão de potência em função do tempo e da potência elétrica aplicada ao alto-falante, publicadas pelo fabricante[3], iremos observar que a aplicação de uma potência média de 300 W irá produzir uma compressão de potência da ordem de 2 dB em regime permanente.

Juntando as informações sobre excursão e compressão de potência, decidimos limitar a potência máxima aplicada à caixa em 300 W por falante.

Implementação do Projeto

Afortunadamente, foi colocado no mercado um sistema capaz de integrar a um amplificador de potência o processamento de sinal para a otimização de desempenho e proteção dos transdutores. Refiro-me aos módulos Full e Sub 2 da Studio R, os quais, associados aos amplificadores da série Biamp ou normais (da Studio R), realizam todas as funções essenciais de processamento, tais como: divisão de freqüência, filtragem de banda passante e limitação por banda.

Adotamos um amplificador Biamp 55/28, capaz de entregar 1500 W a 2 ohms de carga (4 alto-falantes, ou 375 W por falante) nas baixas freqüências e 400 W a 2 ohms nas altas freqüências, podendo alimentar até duas caixas 2152 A, as quais vão apresentar uma carga especificada de 2 ohms nas baixas freqüências e 8 ohms nas altas, com capacidade de potência especificada de 600 W por falante ( com uma compressão de potência de 3 dB ) e 75 W @ 16 ohms por driver de alta freqüência ( potência contínua ). A relação de potências entre as seções de baixas e altas freqüências torna o equilíbrio entre as duas seções muito fácil, quase dispensando qualquer atenuação das cornetas.

Usando um módulo Full para o processamento de sinal, basta fazer o ajuste das microchaves internas para uma freqüência de cruzamento de 1 kHz, ajustar o filtro passa-altas e a limitação de acordo com os parâmetros obtidos anteriormente (fc=40Hz, máxima tensão rms de saída 51,4 Vrms para graves, 34 Vrms para as altas freqüências ) e o filtro passa-baixas para um reforço de + 6 dB e corte de 21 kHz, para compensar as perdas da corneta, da forma descrita em [4].

1. Neiva, Álvaro Carvalho de Aguiar, Necessidades de Processamento de Sinais em Caixas Acústicas , apresentado na convenção AES/Brasil 1997.
2. Silva, Homero Sette; Análise e Síntese de Alto-falantes & Caixas Acústicas Pelo Método T-S, H. Sheldon, RJ, Brasil, 1^a impressão, 1^a ed., 1996
3. JBL Technical Notes Vol. I, n. 18
4. Módulo Full, Manual de Referência, Studio R

Copyright Alvaro C. de A. Neiva (1999-2006)

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