Devido a fatores físicos como peso do conjunto móvel, rigidez da suspensão, centragem da bobina, etc, um só falante não consegue reproduzir toda a gama de frequência audível. Por exemplo: um subwoofer que possue um cone razoavelmente pesado, uma área grande, portanto maior volume de ar para deslocar e uma rigidez relativamente forte, fica impossiblitado de reproduzir frequências altas como 2000Hz que equivale a 2000 ciclos por segundo, ou seja, o cone vai e volta 2000 vezes por segundo.
Para contornarmos esses fatores físicos, somos obrigados a usar vários falantes específicos para cada faixa de frequência de tal forma que o subwoofer trabalhe até 100Hz, midbass de 100 a 1000Hz, midrange de 1K a 5KHz e tweeter acima de 5KHz.
Dividindo as frequências do sinal musical em várias faixas estaremos obtendo o maior rendimento dos falantes e também protegendo-os de frequências indesejáveis. Ex: o tweeter e midrange não podem receber frequências baixas com risco de danificar os mesmos.
1a ordem | atenuação de 6dB/oitava |
2a ordem | atenuação de 12dB/oitava |
3a ordem | atenuação de 18dB/oitava |
4a ordem | atenuação de 24dB/oitava |
... | ... |
O que é uma oitava?
A expressão "oitava" significa o dobro ou a metade de uma frequência (fc) .
Dada uma frequência fc, a próxima oitava será 2fc, de posse desse valor, multiplicamos novamente por 2 para achar a próxima oitava, 2*2fc = 4fc, e assim por diante. Para achar a oitava inferior, dividimos a frequência por 2, portanto fc/2 , de posse desse valor, dividimos por 2 para achar a oitava anterior, (fc/2)/2 = fc/4.
Exemplo, se tomarmos por base, a frequência de 1000Hz, suas oitavas superiores são:
- 2000Hz, 4000Hz, 8000Hz, 16000Hz
E suas oitavas inferiores:
- 500Hz, 250Hz, 125Hz, 62Hz, 31Hz
Um filtro passa-baixa de 12dB/oitava significa que a cada oitava, há uma atenuação de 12dB. Como na frequência de corte há uma atenuação de -3dB, uma oitava acima da frequência de corte teremos (-3dB - 12dB) = -15dB. Uma oitava acima teremos mais 12dB de atenuação, resultando em -27dB.
Já um filtro com atenuação 6dB/oitava, teremos -6dB a cada oitava da fc. Portanto em uma oitava acima (2fc), teremos -9dB, pois já temos -3dB em fc. Temos -15dB a 4fc, -21dB a 8fc, -27dB a 16fc e assim por diante.
A título de curiosidade, a faixa de frequência audível possui 10 oitavas (40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560, 5120, 10240, 20480). A oitava foi criada para expressar o intervalo entre as 12 notas musicais.
Passa-baixa de 1a ordem (6dB/oitava) | Passa-baixa de 2a ordem (12dB/oitava) |
A frequência de corte é o ponto de -3dB do gráfico.
Para saber em que frequência fazer o corte nos crossovers de falantes médios e agudos, basta verificar com o fabricante qual a frequência de ressonância, sabendo este valor, o corte do crossover deve estar a no mínimo uma oitava acima, isto é, acima do dobro da frequência de ressonância para evitar alteração no som nessa faixa de atuação do falante.
Para cada ordem do crossover, isto é, para cada 6dB/oitava, as fases dos falantes ficam afastados em 90 graus, portanto é normal e correto que num crossover de 12dB/oitava, o tweeter seja ligado invertido.
No alto, um capacitor Bipolar e os outros, capacitores eletrolíticos
Capacitores eletrolíticos, que são polarizados, explodem quando submetidos a tensões negativas. Mas muitas vezes você tem a mão somente capacitores eletrolíticos, então saiba"despolarizá-los", basta ligar os terminais negativos de dois capacitores eletrolíticos iguais e use os terminais positivos para interligar o amplificador e o alto-falante, veja a figura ao lado. Agora você tem um capacitor "despolarizado" mas com metade do valor! Ex: ligando dois capacitores eletrolíticos de 220uF em série (terminal negativo com negativo) você terá um equivalente de 110uF.
Como você pode observar, ligando 2 capacitores em série (como na figura acima), o equivalente é a metada deles e a fórmula geral é:
1/Ceq = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + ...
ou simplificando:
1/Ceq = (C1+C2)/(C1*C2)
Ceq = (C1*C2)/(C1+C2)
ou quando utilizado 2 valores iguais:
Ceq = C/2 (onde C é o valor de um dos 2 capacitores de igual valor)
A tensão suportada resultante de uma associação série será a mínima tensão dos capacitores. Isto é, se associar dois capacitores de 25 Volts, a tensão máxima suportada pelo conjunto será 25Volts.
Capacitores em paralelo
A Associação de capacitores em paralelo, resulta na soma das capacitâncias, nesse caso, deve-se tomar cuidado em ligar positivo com positivos e negativos com negativos:
Ceq = C1 + C2 + C3 + .....
Mas este método não serve para som aumotivo, uma vez que precisamos de capacitores despolarizados.
A associação de capacitores não altera a ordem do crossover, isto é, sempre um filtro composto somente por um capacitor ou um conjunto deles, será de 6dB/oitava.
O indutor é composto por fio de cobre envernizado enrolado em torno de um núcleo que pode ser o ar, ferrite ou outro material e seus valores são expressos em Henrys (H).
Ele tem a propriedade de dificultar gradativamente a passagem das frequências acima da fc (frequência de corte é definida no ponto de -3dB ) na proporção de 6dB/oitava e deixa passar as baixas frequências, isto é, sons graves, portanto seu principal uso é em subwoofers. Sua frequência de corte pode ser calculada através da expressão:
falantes: | |||
Frequência (Hertz) | L | L | L |
80 | 8.2mH | 4.1mH | 16mH |
100 | 6.2mH | 3.1mH | 12mH |
125 | 5.0mH | 2.5mH | 10mH |
150 | 4.0mH | 2.0mH | 9.0mH |
200 | 3.5mH | 1.6mH | 6.8mH |
L = Indutor (bobina), valores dados em "miliHenry"
Crossover passa-baixa de 2a ordem (12dB/oitava)
Frequência | 4 ohms | 2 ohms | 8 ohms | |||
Hertz | L | C | L | C | L | C |
80 | 11mH | 330uF | 5.6mH | 700uF | 22mH | 180uF |
100 | 9mH | 270uF | 4.5mH | 550uF | 18mH | 135uF |
125 | 7mH | 220uF | 3.5mH | 450uF | 14mH | 110uF |
150 | 6.0mH | 180uF | 3.0mH | 375uF | 12mH | 90uF |
200 | 4.5mH | 140uF | 2.3mH | 281uF | 9mH | 70uF |
260 | 3.5mH | 100uF | 1.7mH | 220uF | 7mH | 50uF |
400 | 2.2mH | 70uF | 1.1mH | 140uF | 4.5mH | 35uF |
600 | 1.5mH | 50uF | 0.75mH | 100uF | 3.0mH | 25uF |
800 | 1.0mH | 33uF | 0.56mH | 68uF | 2.0mH | 15uF |
1000 | 0.9mH | 27uF | 0.45mH | 55uF | 1.8mH | 13uF |
1500 | 0.6mH | 18uF | 0.3mH | 36uF | 1.2mH | 10uF |
2000 | 0.45mH | 14uF | 0.22mH | 28uF | 0.9mH | 7uF |
3000 | 0.3mH | 10uF | 0.15mH | 19uF | 0.6mH | 4.6uF |
4000 | 0.225mH | 7uF | 0.11mH | 14uF | 0.45mH | 3.5uF |
5000 | 0.18mH | 5.6uF | 0.09mH | 10uF | 0.36mH | 2.8uF |
6000 | 0.15mH | 4.6uF | 0.075mH | 9.3uF | 0.30mH | 2.3uF |
8000 | 0.11mH | 3.5uF | 0.056mH | 7uF | 0.25mH | 1.7uF |
10000 | 0.09mH | 2.8uF | 0.045mH | 5.6uF | 0.18mH | 1.4uF |
L = Indutor (bobina) ; C = capacitor despolarizado
valores dados em "miliHenry" e "microFarads"
Fonte: Catálogo JKR
Filtro Passa-Alta
A frequência de corte ( fc) é dada por:
Onde [R]=Ohms; [C]=Faraday; [fc ]=Hertz
O capacitor deve ser despolarizado, veja acima como fazer isso com capacitores eletrolíticos que tem polaridade (terminal positivo e negativo), pois o capacitor estará trabalhando com tensões contrárias à polaridade do capacitor e pode até ococrrer a explosão do capacitor (como uma bombinha estourando), portanto deve-se usar capacitores não polarizados (veja acima como despolaziar capacitores eletrolíticos). A tabela abaixo demonstra alguns valores:
falante: | |||
Frequência (Hertz) | C | C | C |
100 | 400uF | 800uF | 200uF |
125 | 320uF | 640uF | 160uF |
150 | 260uF | 530uF | 130uF |
200 | 200uF | 400uF | 100uF |
260 | 150uF | 300uF | 75uF |
400 | 100uF | 200uF | 50uF |
600 | 70uF | 140uF | 35uF |
800 | 50uF | 100uF | 25uF |
1000 | 40uF | 80uF | 20uF |
1500 | 25uF | 50uF | 13uF |
2000 | 20uF | 40uF | 10uF |
3000 | 13uF | 25uF | 6.6uF |
4000 | 10uF | 20uF | 5uF |
5000 | 8uF | 16uF | 4uF |
6000 | 6.6uF | 13uF | 3.3uF |
8000 | 5uF | 10uF | 2.5uF |
10000 | 4uF | 8uF | 2uF |
C = capacitor despolarizado, valores dados em "microFarads"
Abaixo podemos ver um exemplo de filtro de 2a ordem (12db/oitava) bem como os valores de seus componentes.
Esquema de um crossover passa-alta de 2a ordem (12dB/oitava)
Tensão dos capacitores Para saber qual a tensão, devemos saber a potência aplicada ao alto-falante, bem como a impedância nominal do falante.
Vamos utilizar a fórmula de potência para saber a tensão sobre o falante.
P = Potência
V = Tensão de pico
R = resistência do falante
Vrms = Tensão RMS equivalente a uma Tensão Contínua
Por exemplo: um amplificador que fornece 100W para falante de 4 Ohms nominal (Re=3.6 Ohms Resistência DC).
Tensão de pico = 18,97 Volts
Tensão RMS = 13,41 Volts
Você precisará de capacitores que suportem 13 Volts. Mas vamos utilizar 100% de margem de erro, portanto, capacitores de aproximadamente 25 Volts.
Excepcional este conteúdo!
ResponderExcluirMuito bom mesmo. Óptimo para amantes do DIY.
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