Por décadas, houve discussão após discussão sobre qual dos diferentes tipos de caixas de subwoofer é "a melhor" e por quê. Vamos dar uma olhada no porquê precisamos de uma caixa de subwoofer, e como os três estilos populares – selada, ventilada (bass reflex) e bandpass – diferem em seu design e desempenho.
Se você ligasse qualquer alto-falante a um amplificador, o segurasse na mão e tocasse música nele, descobriria que não ouve nenhum grave. Isso ocorre porque o som vindo da frente do alto-falante cancela o som vindo de trás. Precisamos de uma forma de impedir que o som vindo da parte traseira do cone do alto-falante interfira com o som vindo da frente. Se você cortasse um buraco no meio de uma grande peça plana de madeira e montasse o alto-falante nela, ouviria muito mais grave. Na verdade, até que o meio comprimento de onda das frequências de grave se torne maior que as dimensões da peça de madeira, você obterá grave realmente bom e sólido. Se colocarmos um alto-falante em uma caixa hermética, nenhum do som vindo de trás interfere com o som vindo da frente.
A capacidade de um alto-falante de usar a potência produzida por um amplificador é limitada por dois critérios – o quão longe o cone do alto-falante pode se mover e quanto calor a bobina de voz do alto-falante pode suportar. Limitações térmicas de capacidade de potência baseiam-se principalmente no design do alto-falante – o tamanho da bobina de voz, como o fluxo de ar é gerenciado ao redor da bobina de voz e a proximidade dos componentes estacionários do conjunto do motor à bobina de voz são os principais fatores contribuintes. As restrições limitadas pela excursão também fazem parte do design do alto-falante – o comprimento do enrolamento da bobina de voz, a altura da placa superior e quanto curso de suspensão está disponível são os fatores-chave.
Quando se trata de reproduzir graves, um alto-falante tem que se mover quatro vezes mais longe cada vez que a frequência de entrada é reduzida pela metade. Por exemplo, um alto-falante movendo 0,125 polegadas a 100 Hz tem que mover 0,5 polegadas para reproduzir o mesmo nível de saída a 50 Hz e 2 polegadas a 20 Hz. Você pode ver que, para as frequências mais baixas, as limitações de excursão do cone são significativas – muito poucos alto-falantes podem mover 2 polegadas sem distorção significativa.
Quando colocamos um alto-falante em uma caixa, a combinação da caixa e do alto-falante cria um filtro passa-alta. Estamos efetivamente diminuindo a saída de baixa frequência do alto-falante. Por que quereríamos fazer isso? O benefício de uma caixa é que podemos controlar o movimento do cone do alto-falante. Olhar para uma simples suspensão acústica (também conhecida como selada) será a ilustração mais simples desta explicação.
Cada alto-falante – desde o maior dos subwoofers até o menor dos tweeters – tem uma elasticidade no cone. Chamamos isso de compliance. Medimos o compliance comparando-o a um volume de ar com elasticidade equivalente. Chamamos essa característica do alto-falante de Vas. Em termos gerais, um alto-falante com uma especificação Vas muito pequena tem uma suspensão apertada, e um alto-falante com uma Vas grande tem uma suspensão mais macia. Há muito mais nisso do que isso, mas para a discussão de características e benefícios de caixas, isso é tudo que precisamos por enquanto.
Quando colocamos um alto-falante em uma caixa, enrijecemos a suspensão. Quando você empurra o cone do alto-falante para dentro, você está empurrando contra a suspensão do alto-falante (que quer centralizar o cone) e está tentando pressurizar o ar na caixa. Quando o cone tenta se mover para fora da posição de repouso, você está colocando o ar na caixa em um estado de vácuo – ele quer puxar o cone de volta para sua posição de repouso. Sacrificamos saída de baixa frequência, mas ganhamos capacidade de potência significativa e controle sobre o movimento do cone do alto-falante. Para este último, a combinação do ar na caixa e da suspensão do alto-falante ajuda a impedir que o cone do alto-falante continue se movendo uma vez que um sinal elétrico o inicia em movimento.
Pense nisso como um amortecedor de um veículo. Você pode ver que ter uma caixa é crítico.
A mais simples das caixas é chamada de suspensão acústica ou caixa selada. Nestas caixas, estamos colocando o alto-falante em uma caixa hermética. Quando colocamos um alto-falante em uma caixa, o sistema ressoa em uma frequência específica que – chamamos isso de Fc. Abaixo dessa frequência, a saída é reduzida a uma taxa de -12 dB por oitava. Se o sistema tem uma frequência de ressonância de 50 Hz, a saída será 12 dB mais baixa a 25 Hz.
Caixas de suspensão acústica estão entre as menores das diferentes caixas que discutiremos. Elas também são as mais fáceis de construir, e mais tolerantes a erros de cálculo. Se você combinar a atenuação da caixa e do sistema do alto-falante com o aumento de eficiência que você obtém do volume de ar relativamente pequeno do interior do veículo (frequentemente chamado de função de transferência ou ganho de cabine), você pode obter uma resposta em carro muito plana com boa saída infrassônica. O grave de uma caixa de suspensão acústica é muito apertado e controlado, graças à excelente resposta transiente.
Há um lado negativo. Se você está procurando grave alto, então precisa de um driver que tenha muita capacidade de excursão, e precisa de uma quantidade razoável de potência para mover o cone do alto-falante para frente e para trás para obter o nível de saída desejado. Há outro defeito que não é muito falado, e é a distorção. À medida que um alto-falante aumenta em excursão, a quantidade de distorção que ele cria aumenta. Da mesma forma, a distorção aumenta perto da frequência de ressonância do alto-falante. Então, o que você pode fazer?
Uma caixa bass reflex (também conhecida como ventilada ou com duto) usa um duto para aumentar a saída de baixa frequência fazendo uso da energia da onda traseira do alto-falante. O duto, frequentemente um tubo redondo ou às vezes um slot retangular, tem uma área e um comprimento. A área e o comprimento específicos do duto e sua relação com o volume total da caixa fazem a coluna de ar no duto ressoar em uma frequência específica quando excitada pelo alto-falante. Normalmente, sintonizamos caixas bass reflex bem baixo para enfatizar a oitava inferior ou mais da faixa de frequência audível. Elas podem ser sintonizadas mais alto para aumentar a eficiência para aplicações de alto SPL. Sempre há um sacrifício, porém – quando sintonizamos a caixa mais alto, sacrificamos desempenho de baixa frequência.
Caixas bass reflex são tipicamente maiores que caixas seladas. Não há regra rígida para associar com a relação de tamanho, mas 25-50% maiores é comum. A troca por esse volume extra é dupla – mais eficiência na frequência de sintonização e mais capacidade de potência, em algumas frequências.
Quando o subwoofer usado em uma caixa bass reflex produz frequências ao redor da frequência de ressonância da combinação duto/caixa, a excursão do driver é reduzida a quase nada e todo o "trabalho" é feito pelo duto. De forma mais sucinta, ao redor da frequência de sintonização, a maior parte da música está sendo produzida pelo duto. O benefício disso é que problemas de capacidade de potência causados por limitações de excursão do cone são dramaticamente aumentados. Como o cone mal se move, níveis de pressão sonora muito altos podem ser alcançados. Ao redor da frequência de sintonização, a capacidade de potência é limitada pelas capacidades térmicas do subwoofer.
Como mencionamos anteriormente, um fator que contribui para a distorção do alto-falante é a excursão do cone. Com uma caixa bass reflex, o driver se move significativamente menos do que com um design de caixa de suspensão acústica. Desde que o próprio duto tenha área suficiente e uma transição suave em ambas as aberturas, a distorção produzida por uma caixa bass reflex bem projetada pode ser impressionantemente pequena.
Nada é grátis, não é? Um fator na decisão de usar um design bass reflex é a rapidez com que a saída diminui abaixo da frequência de sintonização. Onde uma caixa de suspensão acústica atenua a -12 dB por oitava, uma caixa bass reflex atenua a 24 dB por oitava. Abaixo da frequência de sintonização, o duto age cada vez mais como um buraco na caixa, oferecendo cada vez menos contrapressão à medida que a frequência diminui. Projetar para, e gerenciar, a excursão do driver é uma parte fundamental do design de caixa bass reflex.
Vamos tocar rapidamente em caixas bandpass para concluir este artigo. Existem vários designs diferentes para caixas bandpass. Algumas usam uma caixa selada, e outras uma ventilada. Independentemente de a câmara traseira ser selada ou ventilada, a saída do subwoofer toca em uma caixa ventilada. Esta caixa atua como um filtro passa-baixa. Por que quereríamos projetar uma caixa bandpass?
Primeiro e acima de tudo, toda a saída da caixa é produzida pelo duto ou dutos. Isso permite que um designer criativo construa uma caixa no porta-malas de um veículo e tenha a abertura do duto tocando através da prateleira traseira. Houve algumas caixas bandpass incríveis construídas na área de armazenamento frontal de veículos com motor central ou traseiro. O duto permite que o grave entre no interior do veículo. Caixas bandpass também podem oferecer ganhos impressionantes de eficiência sobre caixas de suspensão acústica e bass reflex, mas o fazem ao sacrificar largura de banda e volume da caixa.
Uma caixa bandpass tem duas frequências de ressonância – uma para cada uma das caixas. O gerenciamento resultante da excursão do cone pode permitir que uma grande quantidade de grave seja produzida a partir de drivers com excursão limitada. Embora o cone do alto-falante em si não se mova muito, a quantidade de trabalho feita pelo conjunto do motor ainda é significativa. Você ainda está colocando potência no alto-falante, e trabalho está sendo feito. Como a câmara frontal da caixa atua como um filtro, também pode ser muito difícil ouvir quando o alto-falante está distorcendo.
Quanto à complexidade de design e tolerância a erros de construção, caixas bandpass são as mais complicadas de executar perfeitamente. Ao contrário de um design de suspensão acústica ou bass-reflex, designs de caixas bandpass devem ser adaptados exatamente ao alto-falante com o qual estão sendo usados. Nunca confie no conceito de uma caixa bandpass "genérica".
Por fim, como uma caixa bandpass inclui um filtro passa-baixa acústico, ela deve ser usada com drivers de midbass de boa qualidade e tamanho apropriado. Se não, o grave pode soar perdido ou desconectado em relação ao resto da música.
Como você pode ver, existem muitas maneiras de instalar um subwoofer – ou qualquer alto-falante, nesse sentido. Navegar pelo espaço disponível no veículo, bem como diferentes tamanhos e designs de alto-falantes, pode ser complicado. O design e a construção de uma caixa podem ser complexos, especialmente quando formas complexas estão envolvidas. Visite seu varejista especialista em áudio automotivo local para explorar diferentes opções de caixa para o seu veículo.
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