Dicas do Zébio

Hoje mostro as atividades envolvidas para construir uma boa caixa de som. Boa, no sentido de ser a melhor possível, dentro de certos limites (tamanho e tipo de amplificação). Não é brincadeira. Meu melhor cliente (desde 1991), queria um sistema de caixas que pudesse utilizar no escritório, depois de eu ter construído para ele um sistema modificado do padrão CCDB, assunto de futuro post. Estamos em 2012 e já fazem 5 anos que ele decidiu que eu tinha que fazer as caixas. Mas a ideia do sistema ele tinha lançado há uns 10 anos, pelo menos… 

Meu trabalho em outra área de interesse dificultou as coisas, além da atenção à família e um tanto de procrastinação. Mas, finalmente ficaram prontas. É um sistema de 2 caixas seladas, de 2 vias, com woofers de 6 polegadas e tweeters de domo (figura 1). Tive que projetar um crossover passivo, porque o cliente utiliza elas num receiver Polyvox, reformado. As medições e os cálculos realizados possibilitaram a agradável sensação de um comportamento exatamente dentro do esperado. Valeu a pena. 

O começo e as motivações

Um dia, este cliente me disse:

• Quero que projete e construa as melhores caixas que puder para o meu escritório. Não muito grandes, que possam ficar em cima de uma mesa ou balcão. Quero ouvir um som ambiente de qualidade.

Quantos não gostariam de ouvir uma solicitação destas? E depois, sair e comprar qualquer produto já pronto, colocar 300% em cima e vender ao incauto? Quem age assim, até poderá fazer dinheiro, mas não terá reconhecimento, muito menos aquisição de conhecimento. 

Donde podemos concluir que se alguém confia em nós a este ponto, o mínimo a fazer é retribuir com o melhor trabalho possível. 

Aliás, uma coisa é essencial para quem trabalha para outras pessoas. Jamais, JAMAIS pense que o assunto sobre o qual você tem um bom domínio estará longe do entendimento de alguém que não compreende seus termos técnicos. Não o faça de bobo. Se você o enganar, pensando que “ele não entende nada mesmo disto”, você o enganará uma só vez. Porque, intimamente, as pessoas sentem quando estão sendo ludibriadas. 

Não caia nessa, dê o melhor de si. E também não esconda se não sabe algo, apenas admita – e tente informar-se. Depois, cobre um preço justo, que remunere corretamente o tempo e o material gastos. Os dois (cliente e artesão) sairão satisfeitos. 

As definições

Esta caixa foi projetada para durar muito tempo, sem incomodações. Pretendo que a primeira manutenção seja feita daqui uns 10 anos, no mínimo. Caso ocorra a necessidade de trocar os transdutores, o projeto foi razoavelmente tolerante, para que isso seja feito sem problemas insolúveis. Se for colocado outro woofer ou tweeter, de melhor qualidade que os utilizados desta vez, o sistema só tem a ganhar. Obviamente, os divisores de frequências terão de sofrer pequenas alterações.

Então, as definições. Optei por utilizar caixa selada, também conhecida como “suspensão acústica”. A razão principal é o controle que o gabinete exerce sobre as frequências muito baixas, inferiores à frequência de ressonância do conjunto caixa/alto-falante (Fb). E o roll-off, ou taxa de decréscimo da intensidade sonora abaixo da Fb, é mais suave nas caixas seladas (-12 dB/8ª) do que nas bass-reflex (-24 dB/8ª). 

Nas caixas seladas, considero os graves firmes e secos, mais fiéis à música original. Apesar de ocorrer distorção maior nos graves profundos abaixo da Fb, não ocorrem problemas com frequências subsônicas, em comparação com as caixas bass-reflex (ou dutadas, como também as chamam). Além do mais, acredito que as distorções diminuem drasticamente quando o volume e a superfície interna são corretamente tratados (revestimentos e material absorvente). 

Outra vantagem é que caixas seladas não necessitam de ajustes finos para o woofer, nem tem um duto que pode precisar de correção frequente. Ou seja, além de simplificar o projeto, as caixas tipo suspensão acústica comportam-se bem com qualquer woofer que for colocado, sem necessitar ajustar mais nada além do divisor de frequências. Se o alto-falante for melhor, melhor ficará o som da caixa, pois o Qtc irá diminuir. 

Qtc é o fator de amortecimento para um alto-falante em caixa selada. Significa a capacidade do gabinete em controlar a resposta do alto-falante na frequência de ressonância – ver referência [1]. Um Qtc igual a 0,707 é ótimo para caixa selada, proporcionando resposta plana e alto NIS – Nível de Intensidade Sonora (ou SPL – Sound Pressure Level) para uma extensa faixa de graves. Mas caixas com este Qtc são grandes.

Se o Qtc for menor, por exemplo 0,577, a resposta a transientes será perfeita, mas a caixa será maior ainda, além de diminuir o NIS da faixa de graves. Do outro lado, um Qtc=1 é um compromisso entre a profundidade dos graves e a resposta a transientes, resultando num gabinete com o menor tamanho possível.

Qtc’s maiores que 1,5 podem produzir graves confusos e retumbantes. Sacrificam a extensão dos graves profundos e a resposta transitória e aumentam os picos nos médios-graves. Altos valores de Qtc costumam aparecer nos projetos daquelas caixas minúsculas, que dão “graves que vendem” e que tornam a audição irritante com tempo prolongado de uso.

Como regra geral, considera-se que um valor entre 0,55 e 0,9 para o Qtc é adequado a sistemas de qualidade. Então, nosso limite é só o tamanho da caixa, pois quanto mais perto o Qtc de 0,55, melhor. Nossa escolha foi pelo Qtc de 0,775, o que resultou em um volume de 32 litros.

O aumento de 0,12 dB na curva de resposta dos graves (figura 2) é imperceptível, pois o ouvido humano percebe diferenças somente a partir de 1 dB, conforme a referência [2]. Além disso, este Qtc foi o ponto ótimo para a definição do sonofletor. Se fosse alterado de 0,775 para 0,707, a caixa ficaria com 60 litros, quase o dobro!

Os alto-falantes

Por causa do limite de tamanho para as caixas, foi definido um sistema de 2 vias, com alto-falantes da Beyma (Espanha) – ver referências [3] e [4]. Para os graves e médios, foi escolhido o woofer 6B30/P, que tem potência admissível de 50 W RMS e sensibilidade de 90 dB/W/m.  No texto, também chamo os alto-falantes de transdutores, que é o que são realmente: convertem energia elétrica em mecânica.

Um fator de escolha muito importante para os woofers é o que chamam de “Eficiência da Banda Passante” (EBP ou Efficiency Banwidth Product). A EBP de um alto-falante é o resultado da divisão da frequência de ressonância (Fs) pelo fator de mérito elétrico total (Qes): EBP=Fs/Qes.

Alto-falantes com valores de EBP entre 50 e 90 são considerados “pau para toda obra”, podem ser utilizados em qualquer tipo de sonofletor – ver referência [5]. EBP’s abaixo de 50 são mais indicados para caixas seladas, e acima de 90, adequados para caixas dutadas (ou refletoras de graves = bass-reflex).

No nosso caso, o falante tem uma EBP de 72.3, o que permite seu uso em caixas herméticas. Inclusive o folheto do fabricante informa esta possibilidade – ver referência [3].

Outro motivo que ajudou a escolher este woofer foi seu protetor de pó, que por ser telado apresenta ótima sonoridade nos médios. 

Se fosse colocar um woofer maior, teria de incluir um falante para a faixa de médios, o que sairia dos limites impostos pelo cliente (tamanho). Além disso, sistemas de 3 vias (graves, médios e agudos) ficam prejudicados quando são ouvidos muito perto, que justamente é o nosso caso. As defasagens resultam irritantes, por vezes. Então, a solução do woofer de 6″ foi a mais adequada para esta situação.

Para os agudos, optou-se pelo tweeter T2010. É um modelo de domo plástico, que apresenta agudos naturais, com potência admissível de 12 W RMS e sensibilidade de 92 dB/W/m. Tem um anel de cobre na peça polar para diminuir a distorção harmônica, da mesma forma que o woofer. Estes dois transdutores casam muito bem e respondem com tranquilidade a faixa dos médios e agudos. Para os graves, o tamanho de 6″ é suficiente. 

Digo suficiente porque a proximidade do ouvinte nestas caixas é grande e a resposta de graves melhora por causa disto. Se não fosse assim, os fones de ouvido teriam que ter falantes de 15″… O woofer tem Fs (frequência de ressonância) de 55 Hz. Em conjunto com a caixa, o sistema tem uma ressonância (Fb) em 68,7 Hz, com F3 de 63,2 Hz. F3 é a frequência abaixo de Fb, que tem amplitude diminuída em 3 dB. É utilizada para identificar qual é a inclinação da curva de resposta (roll-off). 

Quer mais potência? Ora, bolas!

Para quem acha que a potência admissível dos alto-falantes escolhidos é muito baixa, informo que com um amplificador de 40W RMS tocando numa peça de 20 m² a pessoa não poderá falar com outra sem gritar, e provavelmente não conseguirá ouvir nem a própria voz. Para o objetivo proposto pelo cliente, a potência admissível das caixas é mais do que suficiente. Inclusive, seriam excelentes sonofletores para uso residencial, em uma sala de porte médio. 

Além disso, potência admissível não é tudo. Tomemos um woofer de 50W RMS e 90 dB/W/m de sensibilidade, como o da Beyma utilizado neste projeto – referência [3]. E vamos comparar com outro alto-falante qualquer de 100W RMS e com sensibilidade de 87 dB/W/m. 

A medida de sensibilidade destes dois alto-falantes (e de qualquer outro) quer dizer o seguinte: se ligarmos um amplificador de 1W e medirmos a intensidade do som a 1 metro, para cada um deles, teremos no Beyma 90 dB de intensidade sonora, enquanto que no outro ouviremos 87 dB. Só 3 dB de diferença. 

Se ligarmos cada um num canal dum amplificador estéreo, com sinais idênticos nas entradas e quisermos que os dois falem com a mesma intensidade, o Beyma precisará da metade da potência do outro. 

Isso mesmo, 3 dB de diferença equivalem a dobrar a potência elétrica. Enquanto um precisa de 50W RMS para alcançar determinado nível sonoro, o outro o faz somente com 100W RMS. Não adianta o alto-falante ter mais potência admissível e falar mais baixo. Servirá somente como aquecedor (de ambiente e de cabeça)… 

Então, é sempre interessante prestar atenção a outras características dos alto-falantes, além da potência – e entendê-las. 

UM DIVISOR DE FREQUÊNCIAS DECENTE

Outro limite, do qual não pude fugir, foi utilizar divisores (filtros)  passivos, pois o cliente conecta as caixas num receiver de 2 canais, sem mais nada. Se tem de usar crossover passivo, que seja o melhor possível. 

Primeiro, os componentes do divisor. São inaceitáveis para esta aplicação os capacitores eletrolíticos e bobinas com núcleo de ferrite. Os primeiros, por perder a sua capacitância ao longo do tempo e as segundas, por introduzir distorção. 

O divisor projetado para estas caixas tem frequência de corte a 2500 Hz. Neste ponto de transição, o som é reproduzido tanto pelo woofer quanto pelo tweeter – ao menos teoricamente. Diversos pesquisadores desenvolveram modelos matemáticos para adequar a soma dos níveis filtros na frequência de corte. 

Filtros calculados segundo o modo Bessel geralmente tem um pequeno vale no ponto de corte. Quando utilizam o alinhamento Butteworth, exibem um pico. Siegfried Linkwitz e Russ Riley tiveram seu trabalho mundialmente reconhecido, pois definiram um modo de manter a amplitude plana na frequência de corte, sem sofrer tanto os efeitos do deslocamento físico entre os alto-falantes – ver referência [6]. A figura 3 mostra o comportamento da amplitude do sinal na frequência de corte, para os três tipos de divisores mencionados. 

Assim, escolheu-se divisores de 2ª ordem (atenuação de 12 dB/8ª), calculados segundo as fórmulas de Linkwitz-Riley. Os divisores de 12 dB/8ª tem uma defasagem de 180º na frequência de corte, por isto um dos alto-falantes deve ser ligado com a polaridade invertida.

Evitou-se utilizar filtros de 3ª e 4ª ordem (18 e 24 dB/8ª, respectivamente), para não aumentar a complexidade dos cálculos e evitar o uso de componentes com tolerâncias apertadas, pois pequenos erros seriam muito ampliados.

Mas o divisor não é só isto. O comportamento dos alto-falantes obriga a outras compensações, se quisermos um sistema de qualidade.

A curva de impedância e a rede de Zobel

Os alto-falantes apresentam dois comportamentos típicos na curva de impedância. O primeiro e mais conhecido é a frequência de ressonância, que produz o pico mais alto na impedância. É o ponto onde todo o conjunto – cone, suspensões e bobina – vibra mais intensamente. Isto será tratado no próximo tópico.

O outro comportamento é causado pela indutância da bobina-móvel. A impedância resultante aumenta com a elevação da frequência. Este comportamento parece ser intensificado em bobinas-móveis com maiores indutâncias, portanto afeta mais os alto-falantes de graves e médios.

A curva de impedância tem influência muito nefasta e costuma ser solenemente ignorada pelos fabricantes de caixas acústicas. Por isso é que se ouve muito som ruim por aí, pois os alto-falantes estão sem qualquer tipo de compensação. A solução que muitos utilizam é o processamento do sinal, como o corte de 24 dB/8ª nos crossovers, mais um tanto de equalização. Com as redes de compensação sairia mais barato…

Na figura 4, pode-se ver um gráfico típico de impedância x frequência de um falante. Percebe-se que após o pico na frequência de ressonância, a impedância vai aumentando progressivamente. Ou seja, na frequência de corte do divisor, a impedância de um woofer não será 8 ohm, será mais alta.

Os fabricantes exibem como impedância nominal de seus alto-falantes um valor ou a média de uma pequena faixa logo após o pico de ressonância, que tipicamente é 4 ou 8 ohm. Geralmente a impedância nominal é maior do que a resistência da bobina em corrente contínua.

Por isto, ao medir um transdutor com multímetro (na escala de ohm), não se saberá a impedância do alto-falante, mas tão somente a sua resistência. Como se pode ver na figura 4, a impedância muda conforme a frequência. Ao contrário da resistência, que por ser lida em corrente contínua é sempre igual. Esta é, de um modo simplório, a diferença entre impedância e resistência.

Com relação à impedância nominal, podemos dizer que é como uma só nota musical, enquanto que a impedância real é a música toda.

Daí, os cálculos do divisor, considerando a impedância nominal do woofer, não corresponderão à realidade. Para compensar isto, utiliza-se a rede de Zobel, formada por um capacitor em série com um resistor, ligados em paralelo com o alto-falante. Quando corretamente projetada, esta rede aplaina a curva de impedância, conforme mostra a figura 5.

Não apresentarei o modo de determinar a rede de Zobel, mas existem fontes de consulta suficientes nas referências [8], [9] e [10] para quem tiver interesse.

Correção do pico de impedância

Olhando novamente a figura 5, percebe-se que o pico na frequência de ressonância do alto-falante continua lá, mesmo com a rede de Zobel acoplada. Para woofers, é impraticável corrigir este pico com componentes eletrônicos, pois diminuiria ainda mais a eficiência do sistema, que já é muito baixa.

Este woofer da Beyma é dos bons, mas tem uma eficiência de 0,4 %, o que quer dizer que 96,6 % da energia (som) que sai do amplificador, transforma-se em calor… Perder mais ainda, nem pensar.

Em compensação, a utilização de caixa selada, com tamanho bem calculado, alivia mecanicamente a ressonância do cone – e por tabela o pico da impedância -, por causa do efeito de mola do ar contido no gabinete. Por isto é importante manter a estanqueidade da caixa e vedar bem qualquer escape de ar, de modo a preservar este efeito.

Mas o tweeter pode e deve ser compensado. Conforme o fabricante, a frequência de ressonância do T2010 fica em 1050 Hz. Estes transdutores devem sempre trabalhar acima desta frequência, ou poderão danificar-se. E em nosso caso, a ressonância está apenas uma oitava e meia abaixo da frequência de corte do crossover.

Se formos considerar a atenuação do divisor de 12 dB/8ª, pode-se supor que o tweeter receberá o som atenuado apenas 18 dB na frequência de ressonância. É pouco e certamente este transdutor “falará” a 1 Khz. Mas desejamos ouvir nele frequências acima de 2,5 Khz!

Para contornar isso, utiliza-se a rede de compensação de impedância. É um circuito RLC (resistor, indutor e capacitor, ligados em série), sintonizado na frequência de ressonância, com o mesmo Q (formato de curva idêntico) e que apresenta, naquele ponto, comportamento oposto ao do transdutor. Este circuito fica conectado em paralelo com o alto-falante, do mesmo modo que a rede de Zobel.

Na figura 6 aparece a curva de impedância depois da compensação com o circuito RLC. Neste gráfico, não está sendo considerada a presença da rede de Zobel. Se for levada em conta a utilização das duas formas de compensação, a impedância nominal do tweeter ficará razoavelmente nivelada por toda a faixa de resposta.

Como antes, não irei demonstrar os cálculos envolvidos, pois não é o escopo deste texto. Quem tiver interesse poderá encontrar uma calculadora on-line na referência [12]. Mais informações poderão ser encontradas nas referências [11] e [13].

Mas só o cálculo dos valores poderá ser insuficiente.

Ocorre que as especificações técnicas dos fabricantes dificilmente correspondem à realidade, geralmente são uma média dos valores medidos na linha de produção. Portanto, para construir um bom sistema de caixas acústicas, o ideal é efetuar as medições em cada transdutor, individualmente. Sempre existem diferenças entre produtos aparentemente idênticos. No nosso caso, por exemplo, um dos tweeters ressoou a 990 Hz.

Tanto a rede de Zobel quanto a rede de compensação do pico de impedância deveriam ser utilizadas em todo projeto de sonofletor que pretenda ter qualidade, mesmo quando é empregado divisor ativo. Além disso, os cálculos devem ser efetuados como se as redes de compensação fizessem parte de cada alto-falante.

A eficiência dos alto-falantes

Outra questão, à qual tem sido dada um pouco mais de atenção ultimamente, é a relação de eficiência entre os transdutores. Como os tweeters são mais eficientes que os woofers, deve haver uma compensação, ou o sistema soará desproporcional, com excesso de agudos.

Aliás, é exatamente isso que acontece quando ouvimos certos sistemas de som, pequenos ou grandes, construídos por leigos. De longe, se ouve o “csss, csss, csss”. Ou a faixa inferior, com graves absurdamente fortes, confusos e retumbantes.

É que tanto os drivers de médios e agudos quanto alguns subwoofers tem picos pronunciados na resposta, que muitas vezes são negligenciados pelos técnicos.  Estes erros podem tornar-se um hábito e o técnico não conseguirá ouvir nem aceitar nada que soe diferente daquilo a que está acostumado. Se ele fizer uma audiometria, ficará assustado…

Voltando ao assunto, neste projeto os tweeters tiveram sua eficiência compensada com cuidado, o que resultou em um conjunto harmonioso e de sonoridade muito agradável, sem excessos. Foi utilizada uma rede de atenuação, feita por dois resistores, ligados logo após o divisor.

A rede de atenuação é mais conhecida como L-pad (Loss Pad). As referências [14] e [15] fornecem calculadoras on-line para estes dispositivos. Deve-se considerar, nos cálculos, a perda por inserção (em dB) do estágio anterior de divisão de frequências.

O divisor completo

Na figura 7, aparece o diagrama do divisor, onde estão bem identificados os estágios: em verde aparecem as duas vias do divisor de frequência, em amarelo a rede de atenuação, em azul a rede de correção do pico de impedância e em lilás, junto ao woofer, a rede de Zobel. Os valores exibidos no diagrama são apenas para referência.

O esquema foi simplificado para melhorar a clareza, pois cada resistor ou capacitor foi formado pela associação de mais de uma unidade, já que os valores não são comerciais e necessitam associações para se adequarem ao projeto. As bobinas, por sua vez, foram enroladas nos valores exatos definidos nos cálculos.

Nota-se que para o tweeter não foi feita a rede de Zobel. É que a indutância da bobina não é tão elevada e o uso da rede de atenuação nivela a impedância razoavelmente. Mas se houvesse um falante de médios, deveriam ser utilizadas as duas compensações.

A figura 8 mostra os divisores, montados em placa de fibra de vidro. A placa de fenolite foi evitada por dois motivos: ela umedece e é sensível ao aquecimento excessivo. Como eventualmente alguém poderá submeter os sonofletores a altos níveis de potência, é interessante que a placa não sofra influência do aquecimento dos componentes do divisor, que inclusive poderia causar um princípio de incêndio.

Nota-se também que as bobinas utilizadas no crossover estão afastadas entre si e cada uma aponta para um eixo diferente. Este é um dos grandes empecilhos dos crossovers passivos. A influência mútua entre as bobinas não é desprezível, inclusive elas são afetadas pelos conjuntos magnéticos dos falantes. Isto pode originar problemas sérios de distorção, difíceis de mensurar. Já tive esta má experiência, por isto fiz a placa do divisor tão grande.

Os luxos

Os limites impostos não permitiram, por exemplo, luxos. Poderia ter utilizado capacitores exclusivos para áudio, com autoindutância reduzida, mas isto não melhora o som tanto quanto evitar o uso de capacitores eletrolíticos, nem compensa o absurdo preço que cobram por aqueles.

Com a fiação também tenho briga, não consigo ouvir qualquer melhoria do som com cabos de cobre sem oxigênio, ou sem carbono, ou com não sei o quê, vendidos a peso de ouro. Por exemplo, vale a pena pagar R$2.400,00 em 2012 ($1,200.00 dólares americanos) por um par de cabos de 2,5 metros? Considero necessário somente uma seção suficiente e conexões de boa qualidade. Ainda mais que os cabos, neste projeto, tem apenas 3 metros. Para estas caixas, foram montados 2 cabos PP de 4 vias, com seção de 1,5 mm².

Ainda sobre os tais cabos especiais, devo lembrar que a conexão às caixas é uma corrente. Portanto, o elo mais fraco é que manda. Se tiver um só trecho de conexão com fiação diferente daqueles cabos perfeitos, os alegados benefícios caem por terra. Por exemplo, qual a garantia de existir fiação especial dentro dos alto-falantes, das caixas acústicas ou dos amplificadores? Alguém usa fios de ouro?

Mais sensato seria aproximar tanto quanto possível os amplificadores dos alto-falantes, construindo as chamadas caixas ativas. Aí sim, haveria melhora importante do fator de amortecimento, que nada mais é do que a capacidade de controle dos amplificadores sobre os transdutores.

Caixas ativas somente necessitariam de uma entrada de sinal, além da alimentação da rede elétrica para o amplificador. Isto facilita algumas coisas, porque sinais de áudio de baixo nível, tipicamente de 1 Vpp – presentes na ligação entre uma mesa de mixagem e um receiver, por exemplo – tem tecnologia simples e barata para levá-los a 100 metros ou mais, sem qualquer diminuição perceptível de qualidade.

Os conectores

Talvez alguém possa considerar um luxo a colocação de conectores Neutrik 4 pólos nas caixas (figura 9). Aí é que está o engano. Não é luxo, é necessidade, pois a resistência das conexões costuma ser maior do que a da fiação, para pequenas distâncias. Além disso, a praticidade de conectar as caixas e a confiabilidade do sistema Speakon da Neutrik são essenciais para este projeto.

Também pode parecer estranho utilizar um cabo de 4 vias, já que os divisores estão embutidos nas caixas acústicas. É que neste divisor cada via é completamente independente: os graves ficaram separados dos agudos e só se juntam no conector do amplificador. O receiver do cliente tem conexão para “4 caixas”, apesar de ter somente 2 canais… Isto facilitou a separação das vias e pode dar uma leve melhorada na distorção por intermodulação. Mas o objetivo é outro.

Pretendo mostrar ao cliente que utilizar amplificadores separados para cada faixa beneficia o sistema com a anulação da distorção por intermodulação – que é a interferência das frequências graves na faixa dos médios e agudos. Ainda assim, como as caixas não são ouvidas em alto volume, esta distorção pode não ser tão importante. Mas fica como opção futura.

CONSTRUÇÃO DAS CAIXAS

O trabalho com madeira não é minha especialidade, portanto, montar as caixas ficou para um marceneiro, que as entregou como na figura 10. Estavam prontas para as modificações estruturais e o revestimento interno. As caixas seguiram a proporção 2,3 x 1,6 x 1,0 (altura x profundidade x largura). Estas proporções perfazem medidas não harmônicas entre si, o que diminui as ressonâncias.

Cada etapa da construção foi trabalhada individualmente, o que facilitou o controle de todos os detalhes. Uma etapa somente era iniciada se a anterior tinha sido concluída.

Primeiramente, foi feito o reforço estrutural, vedação e revestimento interno das caixas, além da fixação do painel frontal. Depois, as caixas foram levadas novamente ao marceneiro para o acabamento (laminação externa e aplicação de verniz). Só então foi possível montar alto-falantes, crossovers, fiação, etc. Nos próximos itens, estão detalhados estes passos.

Rigidez mecânica

Essencial em qualquer caixa acústica que se preze. A vibração deve ocorrer somente no cone do alto-falante, jamais no gabinete. Ainda assim, sempre haverá alguma outra vibração. Se pudesse, teria feito caixas de granito, como as da referência [16]. Mas o peso seria descomunal, inviável para o uso pretendido. Provavelmente, o cliente teria que comprar um balcão novo, reforçado, para aguentar as caixas…

Para levar a cabo a premissa da rigidez, sem exageros, a caixa foi projetada toda em MDF, com espessura de 18 mm. Para um gabinete de 32 litros, é uma boa relação custo/benefício.

Para o painel frontal, que vibra demais por causa dos alto-falantes, foi solicitado ao marceneiro colar 2 camadas de MDF, como pode ser visto na figura 10. Esta peça foi mantida removível durante o tempo necessário para trabalhar internamente.

Para ajudar a diminuir as vibrações no painel frontal, os alto-falantes foram dispostos fora do eixo central e ficaram na parte inferior, baixando o centro de gravidade do conjunto. Além disso, as caixas são simétricas.

Quando posicionadas lado a lado da maneira correta (rever figura 1), os tweeters ficam bem próximos e os woofers, afastados, minimizando as defasagens nos médios e agudos.

Mas os marceneiros dificilmente fazem tudo como pedimos, geralmente eles consideram que cola e prego são suficientes para todos os trabalhos. Os parafusos, quando são colocados, ficam muito esparsos. Sabendo disto, além de querer controlar melhor este importante estágio da construção e baixar o custo final, resolvi eu mesmo fazer os reforços internos.

As ripas que faziam o reforço dos cantos, montadas pelo marceneiro, estavam somente pregadas e coladas. Foram todas parafusadas. Também foram coladas e parafusadas outras ripas de madeira, como mostram as figuras 11 a 14. Elas tem sua posição determinada para que cada painel da caixa ressoe de forma diferente de todos os outros. Assim, as ressonâncias dos painéis ficam espalhadas por uma faixa maior de frequências, diminuindo sua amplitude média.

Também foi colocada uma ripa de escoramento entre os painéis da frente e do fundo, cruzada com outra entre as laterais, mais ou menos na área central (figura 15). Tudo para aumentar a rigidez do conjunto e novamente diminuir as vibrações.

Reflexões internas

As faces internas da caixa foram revestidas com placas de borracha, depois cobertas com uma camada de massa anti-ruído (emborrachamento contra batida de pedra, de uso automotivo). Estas placas ajudam a reduzir as vibrações, baixando a frequência de ressonância dos painéis de madeira. A modificação do relevo interno, com a aplicação do revestimento anti-ruído, também ajuda a dispersar as reflexões. As figuras 16 e 17 ilustram esta etapa.

O revestimento absorvente

Como é uma caixa selada, a reprodução de transientes da faixa de graves será melhor se tiver lã de vidro em boa quantidade no interior. Inclusive, por sugestão de CCDB, a colocação de lã deve ser tão apertada quanto possível para estas caixas, não deixando espaços vazios – ver referência [17]. Quanto mais, melhor. O resultado é que, ao contrário do que possa parecer, maior quantidade de lã de vidro (ou lã de rocha, no nosso caso), faz simular uma caixa de maior volume, pois aumenta o Vas.

A razão é que as ondas encontram muito obstáculo para se deslocarem internamente e são transformadas em calor, o que diminui as ressonâncias. Por isso, o efeito de mola contra o cone do woofer é mais pronunciado, mas sem elevar a frequência de ressonância do conjunto caixa/woofer (Fb).

Na figura 18, pode-se ver o modo que foi colocada a lã de rocha. Sobre ela, foi disposta uma manta de poliéster para diminuir a queda de partículas junto ao woofer (ao fundo da figura 19).

Aliás, muitos utilizam estas fibras de poliéster como substitutas da lã de vidro ou lã de rocha. Perde-se muito em sonoridade, pois são bem menos densas, além de propagarem o fogo. Mas tem a vantagem de não agredir olhos e pele.

É que para trabalhar com as lãs de vidro ou de rocha, obrigatoriamente deve-se utilizar luvas espessas, óculos de proteção e roupas grossas, com mangas compridas. Deve-se evitar a todo custo o contato direto com estes produtos, pois são formados por fibras penetrantes. Se atingirem os olhos ou pele, por exemplo, podem permanecer muito tempo neles, já que não entram em decomposição.

Outras opções bastante eficientes são a manta de algodão e os feltros industriais (feltro agulhado e feltro super agulhado). Alguns tem mais fibras naturais na composição e outros são totalmente sintéticos. Estes produtos são utilizados pelas indústrias do ramo automobilístico, de colchões e de calçados. Também são usados por fábricas de sofás e estofadores, conforme referências [18], [19] e [20].

Hoje em dia, parecem estar em desuso nas caixas acústicas, apesar do benefício ao meio ambiente, pois são produtos oriundos da reciclagem. Estas fibras são excelentes para trabalhar, não tem partículas perigosas. Uma proteção contra pó é suficiente para manejá-las.

Devolução para o acabamento

As figuras 21 e 22 mostram as caixas antes de retornar ao marceneiro para o acabamento final. Foi solicitado que laminasse todas as superfícies externas dos gabinetes, exceto o painel traseiro.

Nas figuras 23 e 24, aparecem as caixas entregues pelo marceneiro, após a laminação e pintura. As faces posteriores dos sonofletores foram pintadas de preto.

Montagem dos componentes

Para evitar qualquer problema de vibração acústica da fiação solta internamente, toda ela foi revestida com espuma e mantida em comprimento apenas suficiente para manuseio, conforme as figuras 25 e 26.

Os conectores das caixas foram montados em painel separado, de modo a criar um rebaixo, para não ficarem tão salientes, como mostra a figura 27.

Este modelo de woofer da Beyma não tem um acabamento aprimorado como o tweeter. Por isso, foi solicitado a um torneiro mecânico a confecção de dois anéis em alumínio, que podem ser vistos já montados sobre os woofers, na figura 28.

Na figura 29, aparece o projeto desta caixa, cuja medida interna B é 21 cm. O restante pode ser calculado pela proporção mostrada mais acima.

Conclusão

Com tantos detalhes para construir um sistema de boa qualidade, fica evidente a diferença entre uma produção em série e outra artesanal. O ajuste individual de cada transdutor, para casar com o divisor, com a rede de correção de impedância e com o outro alto-falante é mais difícil em larga escala, pois agrega muitos custos. Ainda pode ser considerado uma arte montar um bom sonofletor.

Pelo lado construtivo do gabinete, a quantidade de material aplicado somente nestas duas caixas foi importante. O peso de cada caixa é estimado entre 13 a 18 kg, não foi medido. Este é outro fator que dificulta a sua popularização, pois muitos querem caixas minúsculas e leves.

Mas não tem milagre. Quem quer ouvir grandes graves, tem que ter caixas grandes. É uma lei natural e não sofrerá mudança enquanto os alto-falantes forem do jeito que são hoje (carcaça, cone, bobina e conjunto magnético). Processamentos para aumentar os graves em gabinetes pequenos somente introduzem distorção e mascaram o som original.

Em nosso caso, as caixas reproduzem 63 Hz a -3 dB. Auditivamente é uma pequena queda, pois somente uma diferença de 10 dB nos causa a sensação do dobro de volume sonoro.

Ouve-se 38 Hz a -10dB. Para ouvir esta faixa com mais intensidade, seria interessante um subwoofer, mas a configuração do sistema atualmente não comporta isto. Ficou para o futuro.

No final, o resultado foi como esperado: um som extemamente apurado e equilibrado, agudos cristalinos e bem definidos, sem excessos, graves sólidos, razoavelmente profundos e nunca retumbantes. É possível ouvir detalhes de composições que passam completamente desapercebidos em outros sonofletores. Estas caixas dão vontade de ouvir novamente toda nossa discografia…

Como ajuda, nas referências [21] a [25] há links para acessar outras fontes de consulta, como a página do professor Homero Sette Silva, outro grande incentivador do áudio no Brasil. Também há links para para sonorização automotiva e subwoofers.

Referências

[1] Glossário de áudio – https://diyaudiocorner.tripod.com/def.htm

[2] Física da fala e da audição – Aula 04 – Ondas Sonoras – Arquivo em PDF

[3] Beyma – características woofer 6B30/P – Arquivo em PDF

[4] Beyma – características tweeter T2010 – Arquivo em PDF

[5] Dilema entre caixas seladas e bass-reflex – https://diyaudiocorner.tripod.com/dilemma.htm

[6] Livro sobre caixas acústicas e alto-falantes – Sette Silva, Homero – Caixas Acústicas e Alto-falantes – tradução do livro “The Loudspeaker Design Cookbook”, de Vance Dickason – 1993 – 1a edição – Editora H. Sheldon

[7] Artigo da Rane sobre tipos de crossovers – https://www.rane.com/note147.html

[8] Cálculo da rede de Zobel – https://www.trueaudio.com/st_zobel.htm

[9] Cálculo de rede de Zobel, divisores e L-Pad’s – https://ccs.exl.info/installation/crossovers-installation-tweaking/crossover-calculators/

[10] Compensação da curva de impedância – Zobel – https://users.ece.gatech.edu/mleach/papers/zobel/zobel.pdf

[11] The Crossover Design Cookbok – Compensação da frequência de ressonância – https://www.calsci.com/audio/X-Overs3b.html

[12] Cálculo da correção de impedância de alto-falantes – em francês – https://petoindominique.fr/php/filtrerlc.php

[13] Caracterização e compensação de alto-falantes – https://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/APPLICATION_NOTE/CD00298262.pdf

[14] Calculadoras de L-pad – https://www.sengpielaudio.com/calculator-Lpad.htm

[15] Calculadora de L-pad – https://autosom.net/artigos/lpad.htm

[16] Caixa acústica de granito – https://diyaudioprojects.com/Speakers/Seas-Granite-Speakers/

[17] O Sistema Padrão CCDB II – Artigo com dicas para caixas seladas – Revista Nova Eletrônica, editora Editele, 1984, edição nº 90

[18] Fabricante de mantas de algodão (ou algodão manta) – https://www.incomar.com.br/produtos%20produtosemalgodao.htm

[19] Fabricante portugês de feltros industriais – https://pastofo.com/pt/ 

[20] Fabricante de feltros e mantas industriais, sintéticos – https://www.fibran.com.br/

[21] Página do professor Homero Sette Silva – (sítio inativo) – http://www.homerosette.com/

[22] Calculadora de caixas acústicas seladas – Excelente sítio sobre som em automóveis – https://www.bcae1.com/spboxnew2.htm – https://www.bcae1.com/

[23] Cálculo de caixa selada – simples e com boa clareza – https://www.ajdesigner.com/subwooferonline/sealedonline.php

[24] Página sobre subwoofers, com fórmulas bem explicadas – https://www.diysubwoofers.org/

[25] Filtros ativos – Trabalho de Linkwitz-Riley, com foto deles – https://www.linkwitzlab.com/filters.htm

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