Em nossa última postagem falamos sobre a quantidade de
vias das caixas acústicas e da necessidade de dividir o espectro sonoro para
cada uma dessas vias. Vimos também os arranjos mais comuns utilizados nas caixas
do tipo bookshelf e nas do tipo torre. O trabalho de dividir o espectro sonoro
em partes é feito por um circuito eletrônico chamado de divisor de freqüência
(ou crossover, em inglês). Um crossover é definido basicamente pelo número de
vias, pela freqüência (ou freqüências) de corte e pela taxa de atenuação em
função da frequência. Os dois primeiros
itens foram abordados na coluna do mês passado. Vimos, por exemplo, que uma
caixa bookshelf típica tem duas vias e uma freqüência de crossover entre 2 e 4 kHz
(na coluna anterior afirmamos que essa freqüência estava entre 3 e 4 kHz, porém
a faixa entre 2 e 4 kHz é mais utilizada na prática). A taxa de atenuação nos
diz quanto do sinal não desejado é atenuado em função da frequência, conforme
esta se afasta do ponto de transição. Essa taxa é um quesito definido no
projeto da caixa acústica e afeta diretamente a complexidade e o custo do crossover.
Os divisores de frequência se dividem em dois tipos:
os ativos e os passivos. Os divisores passivos são o tipo mais comum encontrado
em caixas para Home-theater, à exceção dos subwoofers, que usam filtros ativos em
sua eletrônica. Falaremos mais sobre os detalhes de subwoofers em uma coluna
futura. Já os divisores ativos são
bastante utilizados em sistemas de áudio profissional e ultimamente também tem
sido vistos com frequência em instalações automotivas, mas seu uso é restrito
em sistemas residenciais.
Os divisores passivos usualmente fazem seu trabalho
escondidos do usuário de sistemas residenciais: eles ficam colocados no
interior das caixas acústicas ou arandelas para Home-theater, posicionados entre
a saída do amplificador e os alto-falantes. Disso resulta um sistema muito
simples, onde um amplificador por canal dá conta do recado.
Produtos mais simples utilizam crossovers chamados de
primeira ordem ou de 6 dB/8ª, o que significa que o sinal é atenuado em 6 dB´s
a cada oitava para cima ou para baixo na freqüência a partir do ponto de
crossover, dependendo da via considerada. Por exemplo, para um tom de 1 kHz,
uma oitava abaixo é 500 Hz e uma oitava acima é 2 kHz. O Decibel ou dB é uma
unidade logarítmica que neste caso indica a atenuação do sinal. Quanto maior
esse número maior a atenuação do crossover.
Divisores de 6 dB/8ª são simples e, portanto vistos em
produtos baratos. Apesar de apresentarem algumas vantagens, como melhor
comportamento temporal, eles fazem com que os alto-falantes reproduzam a mesma frequência
por um longo pedaço do espectro audível, dada a baixa atenuação. Isso pode ser
ruim, pois em função da construção da caixa as frequências podem se adicionar
ou se subtrair, gerando picos ou vales na resposta em frequência. Mas o pior
problema de crossovers de primeira ordem é que os tweeters acabam recebendo
muita energia em baixa freqüência (que eles não deveriam estar recebendo) e,
portanto, estão mais sujeitos a serem danificados por excesso de potência em
freqüências não desejadas.
Os filtros mais utilizados atualmente são os de 12 dB/8ª
ou de 2ª ordem. A complexidade aumenta um pouco, mas a atenuação nas frequências
que o alto-falante não trabalha dobra. Logo, o principal problema, que é o
excesso de potência em freqüências baixas que chegam ao tweeter, é minimizado.
Este tipo de crossover é de longe o mais utilizado, pelo compromisso entre
complexidade, atenuação e custo obtidos. Um crossover de 18 dB/8ª ou 24 dB/8ª
já se torna muito complexo para ser implementado de forma passiva.
Os crossovers passivos são construídos utilizando capacitores,
indutores e resistores, que por estarem na saída do amplificador são itens de
tamanho grande e tem custo elevado. Um crossover de primeira ordem e duas vias
é bastante simples, podendo ser construído com apenas dois componentes. Já os
de 2ª ordem e duas vias necessitam de ao menos quatro componentes. Caso o número de vias passe de duas para
três, o número mínimo de componentes aumenta para quatro para o de primeira
ordem e oito para o de segunda ordem. Filtros com ordem e número de vias maiores
logo chegam a uma complexidade de projeto considerável e a um número de
componentes elevado, o que se reflete na construção e no custo. Logo, crossovers
passivos geralmente são compostos de filtros de 2ª ordem com duas vias,
chegando no máximo a até quatro vias.
Já nos sistemas
ativos, os crossovers ficam colocados antes dos amplificadores, de forma que
cada via tem de ter seu próprio amplificador, que está ligado diretamente no
alto-falante. Esses sistemas são também chamados de bi amplificados (aqueles com
duas vias ativas) ou tri amplificados (aqueles com três vias ativas) e assim
por diante. A complexidade adicional resultante de um sistema bi ou tri amplificado
inibe bastante a aplicação de sistemas ativos em Home-theater, onde o número de
canais é de pelo menos cinco.
Porém, com crossovers ativos, as limitações citadas
acima desaparecem, pois os filtros estão colocados antes do amplificador e
podem ser realizados de forma analógica com componentes de pequeno porte e
através de circuitos ativos, que apresentam melhor desempenho e precisão. Além
disso, eles podem ser construídos com taxas de 24 ou até 48 dB/8ª, que são
filtros excepcionais, com bastante atenuação fora da banda desejada. Alternativamente,
os filtros podem ser construídos de forma digital, e implementados através do
uso de um microprocessador dedicado chamado de DSP (Digital Signal Processor ou
Processador Digital de Sinais). Crossovers digitais são precisos, versáteis e
podem ter a ordem e a atenuação que se desejar. Através do software de
controle, é possível se modificar a frequência de corte, a taxa de atenuação e
até a ordem do filtro de forma simples.
Os circuitos ativos trazem consigo o aumento do número
de amplificadores. O crossover fica muito melhor, mas a complexidade do sistema
resultante aumenta. No mundo profissional, o ganho de desempenho é amplamente
compensado, de forma que o aumento da complexidade não é relevante.
Para finalizar a postagem, devo citar que bi amplificação
não é a mesma coisa que bi cabeamento. O último é uma técnica que usa somente
um amplificador e cabos separados para alimentar as seções de graves e agudos
da caixa acústica. Os resultados são significativamente diferentes dos obtidos
com bi amplificação. Mas isso fica para a próxima postagem do blog. Até mais!
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