Woofer - Woofer
Um woofer ou alto - falante baixo é um termo técnico para um driver de alto - falante projetado para produzir sons de baixa frequência , normalmente de 50 Hz a 1000 Hz. O nome vem da palavra onomatopaica inglesa para latido de cachorro, " woof " (em contraste com o nome usado para alto-falantes projetados para reproduzir sons de alta frequência, tweeter ). O design mais comum de um woofer é o driver eletrodinâmico, que normalmente usa um cone de papel rígido, acionado por uma bobina de voz rodeada por um campo magnético .
A bobina de voz é fixada por adesivos na parte traseira do cone do alto-falante. A bobina de voz e o ímã formam um motor elétrico linear . Quando a corrente flui através da bobina de voz, a bobina se move em relação à estrutura de acordo com a regra da mão esquerda de Fleming para motores , fazendo com que a bobina empurre ou puxe o cone acionador como um pistão. O movimento resultante do cone cria ondas sonoras, à medida que se move para dentro e para fora.
Em níveis normais de pressão sonora (SPL), a maioria dos humanos pode ouvir até cerca de 20 Hz. Os woofers são geralmente usados para cobrir as oitavas mais baixas da faixa de frequência de um alto-falante. Em sistemas de alto-falantes bidirecionais, os drivers que lidam com as frequências mais baixas também são obrigados a cobrir uma parte substancial da faixa intermediária, frequentemente tão alta quanto 2.000 a 5.000 Hz; tais drivers são comumente chamados de mid woofers . Desde a década de 1990, um tipo de woofer (denominado subwoofer ), que é projetado apenas para frequências muito baixas, passou a ser comumente usado em sistemas de home theater e sistemas de PA para aumentar a resposta de graves; eles geralmente lidam com as duas ou três oitavas mais baixas (ou seja, de 20 a 80 ou 120 Hz).
Design de woofer
Um bom design de woofer requer a conversão efetiva de um sinal de amplificador de baixa frequência em movimento mecânico de ar com alta fidelidade e eficiência aceitável, e é assistido e complicado pela necessidade de usar uma caixa de alto - falante para acoplar o movimento do cone ao ar. Se bem feito, muitos dos outros problemas do design do woofer (por exemplo, requisitos de excursão linear) são reduzidos.
Na maioria dos casos, o woofer e seu gabinete devem ser projetados para funcionarem juntos. Normalmente, o gabinete é projetado para se adequar às características do alto-falante ou alto-falantes usados. O tamanho do invólucro é uma função dos comprimentos de onda mais longos (frequências mais baixas) a serem reproduzidos, e o invólucro do woofer é muito maior do que o necessário para frequências médias e altas .
Uma rede cruzada , passiva ou ativa, filtra a banda de frequências a ser controlada pelo woofer e outros alto-falantes. Normalmente, o crossover e o sistema de alto-falantes, incluindo o woofer, devem converter o sinal elétrico fornecido pelo amplificador em um sinal acústico de forma de onda idêntica, sem outra interação entre o amplificador e os alto-falantes, embora às vezes o amplificador e os alto-falantes sejam projetados em conjunto com os alto-falantes fornecendo distorção - corrigindo feedback negativo para o amplificador.
Existem muitos desafios no design e fabricação de woofers. A maioria tem a ver com o controle do movimento do cone, de forma que o sinal elétrico para a bobina de voz do woofer seja fielmente reproduzido pelas ondas sonoras produzidas pelo movimento do cone. Os problemas incluem amortecimento do cone de forma limpa, sem distorção audível, para que ele não continue a se mover, causando zumbido , quando o sinal de entrada instantâneo cai para zero a cada ciclo, e gerenciamento de altas excursões (geralmente necessárias para reproduzir sons altos) com baixa distorção. Também existem desafios em apresentar ao amplificador uma impedância elétrica que não esteja muito longe de ser constante em todas as frequências.
Uma versão inicial do projeto de gabinete bass-reflex, agora amplamente usado, foi patenteada por Albert L. Thuras dos Laboratórios Bell em 1932.
Alto-falantes ativos
Em 1965, a Sennheiser Electronics apresentou o sistema de som Philharmonic, que usava a eletrônica para superar alguns dos problemas enfrentados pelos subsistemas de woofer comuns. Eles adicionaram um sensor de movimento ao woofer e usaram o sinal correspondente ao seu movimento real para feedback como uma entrada de controle para um amplificador especialmente projetado. Se feito com cuidado, isso pode melhorar o desempenho (tanto em 'aperto', quanto na extensão do desempenho de baixa frequência) consideravelmente às custas da flexibilidade (o amplificador e o alto-falante estão ligados permanentemente) e custo. Nos Estados Unidos, LW Erath , um engenheiro da indústria de petróleo, apresentou uma linha de alto-falantes de última geração praticamente nas mesmas linhas.
À medida que os custos com eletrônicos diminuíram, tornou-se comum ter woofers equipados com sensores em 'sistemas de música' baratos, caixas de som ou até mesmo sistemas de áudio de carro. Isso geralmente é feito na tentativa de obter melhor desempenho de drivers baratos ou subdimensionados em gabinetes leves ou mal projetados. Esta abordagem apresenta dificuldades, pois nem todas as distorções podem ser eliminadas usando técnicas de servo , e um invólucro mal projetado pode suprimir os benefícios de qualquer tentativa de correção eletrônica.
Alto-falantes equalizados
Como as características de um alto-falante podem ser medidas e, em grande medida, preditas, é possível projetar circuitos especiais que compensem um pouco as deficiências de um sistema de alto-falantes.
As técnicas de equalização são usadas na maioria dos endereços públicos e aplicações de reforço de som . Aqui, o problema não é principalmente a reprodução de alta fidelidade, mas o gerenciamento do ambiente acústico. Neste caso, a equalização deve ser ajustada individualmente para corresponder às características particulares dos sistemas de altifalantes utilizados e da divisão em que são utilizados.
Crossover de filtragem digital e equalização
As técnicas computacionais, em particular o processamento digital de sinais (DSP), possibilitam um crossover de maior precisão. Utilizando resposta de impulso finita (FIR) e outras técnicas digitais, os crossovers para um sistema bi-amplificado ou tri-amplificado podem ser realizados com uma precisão não possível com filtros analógicos, sejam eles passivos ou ativos. Além disso, muitas peculiaridades do driver (incluindo variações individuais) podem ser corrigidas ao mesmo tempo, como nos projetos recentes de Klein e Hummel . Essa abordagem é complexa e, portanto, provavelmente não será usada em equipamentos de custo mais baixo.
Materiais de cone
Todos os materiais de cone têm vantagens e desvantagens. As três propriedades principais que os designers procuram nos cones são leveza, rigidez e falta de coloração (devido à ausência de toque ). Materiais exóticos como Kevlar e magnésio são leves e rígidos, mas podem ter problemas de zumbido, dependendo de sua fabricação e design. Materiais como papel (incluindo cones de papel revestido) e vários polímeros geralmente soam menos que os diafragmas de metal, mas podem ser mais pesados e não tão rígidos. Existem woofers bons e ruins feitos com todo tipo de material de cone. Quase todo tipo de material tem sido usado para cones, desde fibra de vidro, fibra de bambu, até sanduíches de favo de mel de alumínio expandido e cones de plástico carregados de mica .
Desenho de moldura
A moldura, ou cesta, é a estrutura que mantém o cone, a bobina de voz e o ímã no alinhamento adequado. Uma vez que a lacuna da bobina de voz é bastante estreita (as folgas são normalmente na casa dos milésimos de polegada), a rigidez é importante para evitar o atrito da bobina de voz contra a estrutura do ímã na lacuna e também evitar movimentos externos. Existem dois tipos principais de estrutura de metal, estampada e fundida. Cestos estampados (geralmente de aço) são uma abordagem de custo mais baixo. A desvantagem desse tipo de armação é que a cesta pode flexionar se o alto-falante for acionado em altos volumes, havendo resistência à flexão apenas em determinadas direções. As cestas fundidas são mais caras, mas geralmente são mais rígidas em todas as direções, têm melhor amortecimento (reduzindo sua própria ressonância), podem ter formas mais complexas e, portanto, são geralmente preferidas para drivers de qualidade superior.
Manipulação de potencia
Uma especificação importante do woofer é sua classificação de potência, a quantidade de potência que o woofer pode suportar sem danos. A classificação de energia elétrica não é facilmente caracterizada e muitos fabricantes citam classificações de pico atingíveis apenas por breves momentos sem danos. As classificações de potência do woofer tornam-se importantes quando o alto-falante é levado a extremos: aplicações que requerem alta saída, condições de sobrecarga do amplificador, sinais incomuns (ou seja, não musicais), frequências muito baixas nas quais o gabinete fornece pouca ou nenhuma carga acústica (e assim há será a excursão máxima do cone) ou falha do amplificador. Em situações de alto volume, a bobina de voz de um woofer aquece, aumenta sua resistência, causando "compressão de potência", uma condição em que o nível de potência do som de saída diminui após uma atividade prolongada de alta potência. O aquecimento adicional pode distorcer fisicamente a bobina de voz, causando arranhões, curto-circuito devido à deterioração do isolamento do fio ou outros danos elétricos ou mecânicos. A energia de impulso repentino pode derreter uma seção do fio da bobina de voz, causando um circuito aberto e um woofer morto; o nível necessário irá variar com as características do driver. Em aplicações de música de nível de audição normal, a classificação de potência elétrica dos woofers geralmente não é importante; continua a ser importante para drivers de alta frequência.
Existem três tipos de manuseio de energia nos drivers de alto-falantes, incluindo woofers: térmico (calor), elétrico (ambos mencionados acima) e mecânico. O limite de manipulação de potência mecânica é alcançado quando a excursão do cone se estende até seu limite máximo. Os limites de manuseio de energia térmica podem ser alcançados quando níveis de potência razoavelmente altos são alimentados a um woofer por muito tempo, mesmo que não excedendo os limites mecânicos a qualquer momento. A maior parte da energia aplicada à bobina de voz é convertida em calor, não em som; todo o calor é finalmente passado para a peça polar, o resto da estrutura do ímã e a moldura. Da estrutura do woofer, o calor é eventualmente dissipado no ar circundante. Alguns drivers incluem disposições para melhor resfriamento (por exemplo, peças de pólo de ímã ventiladas, estruturas dedicadas de condução de calor) para reduzir o aumento das temperaturas da bobina / ímã / estrutura durante a operação, especialmente em condições de alto nível de energia. Se muita energia for aplicada à bobina de voz em comparação com sua capacidade de dissipar calor, ela acabará excedendo a temperatura máxima de segurança. Os adesivos podem derreter, o formador da bobina pode derreter ou distorcer, ou o isolamento que separa os enrolamentos da bobina pode falhar. Cada um desses eventos danificará o woofer, talvez além da usabilidade.
Endereço público (PA) e aplicações de instrumentos
Os woofers projetados para aplicações de sistema de som público (PA) e amplificadores de instrumentos são semelhantes em composição aos woofers de áudio domésticos, exceto que geralmente são projetados de forma mais robusta. Normalmente, as variações de design incluem: gabinetes construídos para remessa e manuseio repetidos, cones de woofer maiores para permitir níveis de pressão sonora mais elevados, bobinas de voz mais robustas para suportar maior potência e maior rigidez da suspensão. Geralmente, pode-se esperar que um woofer doméstico usado em um aplicativo de PA / instrumento falhe mais rapidamente do que um woofer de PA / instrumento. Por outro lado, um woofer de PA / instrumento em um aplicativo de áudio doméstico não terá a mesma qualidade de desempenho, principalmente em volumes baixos. Um woofer PA não produzirá a mesma alta fidelidade audível que é o objetivo de um áudio doméstico de alta qualidade devido a essas diferenças.
Os woofers do sistema PA normalmente têm alta eficiência e alta capacidade de manuseio de energia. A troca por alta eficiência a um custo razoável é geralmente a capacidade de excursão relativamente baixa (ou seja, a incapacidade de se mover "para dentro e para fora" tanto quanto muitos woofers domésticos podem), já que eles são projetados para cornetas ou grandes gabinetes reflexivos. Eles também são geralmente inadequados para uma resposta de graves prolongada, uma vez que a última oitava da resposta de baixa frequência aumenta o tamanho e os custos consideravelmente, e é cada vez menos econômico tentar níveis altos como em uma aplicação de PA. Um woofer estéreo doméstico, por ser usado em volumes relativamente baixos, pode ser capaz de lidar com frequências muito baixas. Por causa disso, a maioria dos woofers PA não são adequados para uso em aplicações domésticas de alta fidelidade de alta qualidade e vice-versa.
Faixas de freqüência
Em níveis normais de pressão sonora , a maioria dos humanos pode ouvir até cerca de 20 Hz. Para reproduzir com precisão os tons mais baixos, um woofer, ou grupo de woofers, deve mover um volume de ar apropriadamente grande — uma tarefa que se torna mais difícil em frequências mais baixas. Quanto maior a sala, mais ar o movimento do woofer terá que deslocar para produzir a potência sonora necessária em baixas frequências.
Veja também
- Caixa de alto-falante
- Crossover de áudio
- Alto-falante full-range
- Tweeter
- Super tweeter
- Alto-falante de médio porte
- Subwoofer
- Thiele / Small
- Feedback Motional