Don Ismah
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Esse é pra quem gosta de ler texto rsrsrs
É resultado de minhas pesquisas, um conteúdo técnico, escrito de forma simples, voltada para músicos. Espero que aproveitem.
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Com a chegada do fim do ano, o número de festas, eventos e apresentações aumenta muito e isso, infelizmente, acaba aumentando também o número de equipamentos de áudio usados de forma inadequada que acabam sendo danificados.
Por mais que pareça um bicho de sete cabeças, essas conexões não são complicadas e seguem sempre um padrão lógico. Para explicarmos isso de forma clara, precisamos começar lá do começo: o casamento de impedância. Mas, afinal, o que é “casamento de impedância”? Se você pensou em alianças, padre, altar, glamour e coisas do gênero, você está no caminho certo… para queimar seu sistema de áudio! Sem o glamour de um casamento tradicional com véu e grinalda, o casamento de impedância é, de fato, uma união, mas de circuitos!
Impedância
Para entendermos o que é o casamento de impedância, precisamos primeiro entender o que é impedância. Tecnicamente, impedância é o resultado da reatância capacitiva e da reatância indutiva em um determinado circuito. De maneira simples, a impedância elétrica (ou simplesmente impedância) é a oposição (impedimento, resistência, força contrária) que um circuito (o “caminho” da energia elétrica entre os pólos positivo e negativo) faz à passagem de corrente elétrica.
Todo material apresenta impedância, em maior ou menor grau. Materiais condutores apresentam baixa impedância, ou seja, são facilmente atravessados por corrente elétrica, enquanto materiais isolantes (não condutores) apresentam altas (ou altíssimas) impedâncias, não deixando que a corrente elétrica os atravesse ou apresentando muita resistência a essa corrente.
A impedância é medida em Ohms e seu símbolo é uma simpática ferradura (Ω), símbolo originário do alfabeto grego, indicativo da letra Ômega. O nome é uma homenagem ao físico alemão George Simon Ohm, quem primeiro descreveu estes fenômenos no início do século XIX. Materiais condutores apresentam poucos Ohms de resistência, enquanto materiais isolantes apresentam milhares (KΩ -KiloOhms, sendo K o indicativo de mil) ou milhões (MΩ - MegaOhms, sendo M o indicativo de milhão) de Ohms de impedância. A letra “Z” é indicada para representar a impedância elétrica. Em áudio, encontramos em Direct Boxes e em alguns cubos para instrumentos conexões chamadas de “High Z” e “Low Z”, indicando conexões para equipamentos de alta impedância e de baixa impedância.
Alto-falante e Caixas Acústicas
Um alto-falante possui uma parte condutora chamada bobina (um fio enrolado sobre si mesmo diversas vezes) e uma parte mecânica (cone, aranha, etc). A energia elétrica, ao passar pelo alto-falante, encontra uma resistência elétrica (o fio da bobina), uma resistência magnética (a interação entre o campo magnético da bobina e o imã fixo do alto-falante) e uma resistência mecânica (uma dificuldade causada pela inércia para movimentar os componentes mecânicos - que inclui o atrito do cone com o ar). A soma desses três fatores é que dará a “resistência”, ou impedância nominal, desse alto-falante. Essa “resistência” varia de acordo com a freqüência da corrente elétrica circulando e é justamente por isso que se chama impedância (e não simplesmente resistência). Também por esse motivo você nunca vai conseguir medir a impedância de um alto-falante apenas usando um multímetro.
Como a impedância varia de acordo com a frequência (um mesmo alto-falante pode apresentar uma impedância quando recebe 200Hz e outra quando recebe 2kHz), a impedância nominal é definida então como o menor valor da soma das resistências (elétrica + mecânica), encontrada em toda a resposta de frequência do falante*. Em geral, alto-falantes são construídos em valores padronizados em todo o mundo, nos valores de 2, 4, 8, 16 e 32 Ohms. Os mais comum de encontrarmos são os falantes com uma impedância nominal de 4 Ohms (muito comum para sistemas automotivos) ou 8 Ohms (muito comum para sistemas de PA). Entretanto, apesar da padronização, nada impede que exista um falante com características específicas (feito para usos especiais).
NOTA PESSOAL: *Acredito que a frequência com menor valor de impedância, seja o pico de ressonância de um falante. Pela lógica, menor impedância, significa maior potência dissipada - e consequente maior volume. Supondo que isso tudo seja verdade, é um ponto para se passar à "calcular" a curva de resposta do falante.
Por exemplo, o sistema de 2Way de alguns MiniSystems/3em1 antigos, onde temos divisores te frequência passivos e internos, e transdutores de impedâncias diferentes para ter uma impedância final (Zf) padrão (1,2,4,8,16,32,64).
Numa hipótese de 2x12"@8Ω em série ligados (que dá16Ω) + 1xTi16Ω com Zf = 8Ω. Alguns sistemas de som para carros usam isso, mas bem poucos dos atuais.
Como vimos, podemos considerar a impedância nominal de um alto-falante para efeitos de cálculo e para realizarmos a associação de 2 ou mais alto-falantes. Ao montarmos uma caixa acústica com mais de um alto-falante, podemos realizar essa associação de diversas formas e cada uma dessas formas vai resultar em um valor diferente de impedância. Essa impedância, vai ser a impedância nominal da caixa; aquele número que aparece escrito em uma etiqueta junto ao conector de entrada da caixa.
Ligação dos Alto-Falantes
Existem, em suma, três formas de ligar alto-falantes em uma caixa acústica: série, paralelo e a junção das duas - que chamamos série-paralelo.
Considerando que o alto-falante é um resistor com valor nominal, podemos fazer essas ligações, em uma associação em série de resistores, o resistor equivalente é igual à soma de todos os resistores que compõem a associação.
O caminho da energia elétrica entre os pólos positivo e negativo de uma fonte de tensão (uma bateria, uma pilha, a tomada de energia da casa, etc), composto por uma série de resistores ligados um atrás do outro (daí o nome: associação em série). Na verdade, seria a mesma coisa que atravessar um único resistor cujo valor é equivalente à soma de todas as resistências dos diversos componentes ligados em série.
Para calcular o valor da resistência equivalente (Req) temos a fórmula:
Req = R1 + R2 + R3 + R5 + … + Rn.
Sendo “n” o último dos resistores que compõem o caminho. É importante também citar que a resistência equivalente de uma associação em série sempre será maior que o resistor de maior valor da associação.
Uma outra forma de ligar os resistores é fazendo múltiplos caminhos para a energia, caminhos estes um ao lado do outro (ou seja, paralelos entre si), sendo que a energia elétrica será distribuíra por todos estes caminhos.
Neste caso, a Req é calculada de outra forma:
1/Req = (1/R1) + (1/R2) + (1/R3) + (1/R4) + … + (1/Rn).
Enquanto a outra fórmula era só somar, essa daqui exige alguns cálculos mais complicados. Entretanto, se os diversos resistores tiverem valores idênticos, podemos usar uma fórmula mais simples: Req = R/n. Onde R representa o valor da impedância dos resistores (o valor de um deles, lembrando que todos têm que ter o mesmo valor) e “n” é o número de resistores. É importante citar que a impedância total será sempre menor que o resistor de menor resistência da associação.
NOTA PESSOAL: Existe também a associação em delta-estrela, mas ainda estou conduzindo experimentos pra saber no que isso vai resultar. Mas acredito que seja a saída para usar quantias de falantes diferentes das potências e sub-potências de 2, e mesma impedância. ESPECULO que seja o caso das 6x12 que acompanhavam o Giannini Duovox 100B. Outra hipótese é associar números ímpares de falantes de mesma impedância, como os 3rd Power HLH 312 e o Jurassic Cabs Raptor 3x12" e 2x8+1x18 (para contrabaixo).
O formato de 3 falantes é bem mais comum entre baixistas, principalmente lá na gringa.
Dá para associar ímpares com impedâncias diferentes e chegar a uma potência de 2. Onde sempre o terceiro falante terá que ter a mesma impedância da associação dos dois primeiros.
Amplificadores e Casamento de Impedância
Agora que já se sabe sobre impedância, ligação de alto-falantes e caixas acústicas, deve estar se perguntando onde entra a história do casamento. O casamento de impedâncias nada mais é do que a conexão de circuitos diferentes (com impedâncias diferentes) de forma que o máximo em rendimento possa ser obtido. Colocando isso de forma simples e no contexto do áudio: é a melhor forma de conectar um amplificador em uma caixa acústica para que ambos rendam o máximo possível e para que não haja danos a nenhum dos dois.
Cinco fatores de igual importância devem ser considerados nessa conexão: a potência do amplificador, a potência suportada pela caixa, a impedância de saída do amplificador, a impedância de entrada da caixa e a qualidade do cabo utilizado para a conexão. Cada um desses fatores é determinante para o sucesso (ou fiasco) da operação.
Uma das leis da Física que regem o tema (Lei de Ohm), diz o seguinte: Potência = Voltagem² / Impedância.
Ou seja, a potência sempre é calculada em relação a uma voltagem e a uma determinada impedância de carga. Considerando que os amplificadores utilizados em áudio produzem uma determinada voltagem quando submetidos a uma impedância (uma caixa acústica ou um conjunto de caixas*), então a fórmula citada pode ser usada para aferir a potência desses aparelhos.
*os amplificadores não sabem se há uma única caixa acústica ou diversas caixas ligadas a ele. Só enxergam impedância, seja ela de uma só caixa ou a impedância equivalente de um conjunto de caixas.
Vamos dar uma olhada no que acontece com os amplificadores quando variamos a impedância do sistema de caixas acústicas/falantes. Por exemplo, vejamos um amplificador com saída em 80 Volts sobre uma impedância de 8 Ohms:
Potência = (80V) ² / 8 (Ohms) = 6400 / 8 = 800 Watts
Mantendo a voltagem constante, só que agora com 4 Ohms:
Potência = (80V) ² / 4 (Ohms) = 6400 / 4 = 1.600 Watts
Agora com 2 Ohms:
Potência = (80V) ² / 2 (Ohms) = 6400 / 2 = 3.200 Watts
Agora com 1 Ohm:
Potência = (80V) ² / 1 (Ohm) = 6400 / 1 = 6400 Watts
Então, podemos concluir que quanto menor o valor da impedância encontrada no sistema de caixas acústicas,
maior será a potência obtida do amplificador.
Vamos aumentar a impedância do sistema de caixas para ver o que acontece. A mesma voltagem, só que agora com 16 Ohms:
Potência = (80V) ² / 16 (Ohms) = 6400 / 16 = 400 Watts
Agora com 32 Ohms:
Potência = (80V) ² / 32 (Ohms) = 6400 / 32 = 200 Watts
Agora com 64 Ohms:
Potência = (80V) ² / 64 (Ohms) = 6400 / 64 = 100 Watts
Com 128 Ohms:
Potência = (80V) ² / 128 (Ohms) = 6400 / 128 = 50 Watts
Disso podemos concluir que quanto maior o valor da impedância encontrada no sistema de caixas acústicas,
menor será a potência obtida do amplificador.
Ou seja, Impedância e Potência são grandezas inversamente proporcionais. Quando uma aumenta, a outra diminui, e vice-versa. Se você está atento à explicação, concluiu facilmente que a melhor situação é utilizar a impedância sempre a mais baixa possível, através de associações em paralelo. Certo? Não é bem assim…
Amplificadores de áudio são projetados de forma a ter o máximo rendimento em uma determinada impedância mínima, em geral 8 Ohms, 4 Ohms ou 2 Ohms (alguns, inclusive, têm uma chave para mudar a impedância de saída, e outros saídas independentes pra cada caso). Se diminuirmos a impedância para valores abaixo desse mínimo (por exemplo, 2 Ohms em um amplificador projetado para 4 Ohms), o amplificador continuará realizando seu trabalho, mas agora fora das condições normais de uso, o que irá provocar danos ao equipamento. Essa é a situação mais comum onde caixas acústicas são danificadas e os alto-falantes acabam queimados. A corrente circulando pelo alto-falante é maior do que ele pode suportar e, em geral, a bobina se abre, inutilizando o alto-falante. Por outro lado, não há limites para o aumento da impedância, mas é importante salientar que a potência fornecida pelo amplificador será cada vez menor, muitas vezes inadequada para uma sonorização eficiente.
Lembre-se: a ligação ideal onde amplificador e caixa rendem o máximo possível é quando a impedância de saída do amplificador é igual à impedância da caixa, resultando num casamento perfeito, não só de impedância, mas de todo o sistema de áudio!
Créditos:
O texto veio num doc que recebi de um amigo, já sem créditos. Fiz algumas alterações, já que o texto se refere à som profissional (sistemas de PA), que não confere com a maioria por aqui. Assim facilitei a leitura e dados, para instrumentistas.
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Acho que vai matar gente mas vou postar igual... Façam por SUA PRÓPRIA conta e risco, porque o risco é GRANDE. O jeito que o cara faz é muito perigoso, eu faria associando em paralelo resistores de NΩ, para chegar em 4Ω, 8Ω e 16Ω.
Repare que quando a onda começa a ficar quadrada, a tensão na saída sobe de 25,1V para 28,4V.
Não parece muito? Aplique a fórmula P=V²/Z, e verá a pequena diferença rsrsrs
Ganho, Headroom, potência, distorção
Ganho é um fator de multiplicação, e (praticamente) fixo. Por exemplo, eu injeto um sinal de 100mV de um captador passivo, num circuito que vai amplificar isso 100 vezes (100, ou 1:100 é meu fator de ganho), então na saída terei 10V.
Headroom é o fator máximo (isto é, o maior número de vezes) que o sistema consegue amplificar um sinal, sem distorcer (clip).
É isso que diferencia um amp de 100W de um de 10W... O primeiro consegue amplificar mais vezes, e consequente maior volume, sem distorcer o sinal, em relação ao segundo.
Potência é definido como a capacidade para realizar um trabalho (no caso, amplificar um sinal sem distorce-lo), em função de um período de tempo.
P = Trabalho/tempo
Em amplificadores dá para encarar como
P = U*I -> Tensão multiplicada por corrente, resulta na potência
A corrente elétrica é definida como a razão entre o módulo da quantidade de carga ΔQ que atravessa certa secção transversal (corte feito ao longo da menor dimensão de um corpo) do condutor em um intervalo de tempo Δt.
Ou seja, fluxo de elétrons, por período de tempo
Quando eu terei uma tensão de entrada (U*I), que multiplicada pelo fator de ganho, seja maior que a tensão de energia disponível, terei o clip, ou simplesmente distorção.
Se Uinput * Gain > Udisp = Clip Uout
Distorção, é ir além da capacidade máxima de amplificação, ou além do headroom, gerando onda quadrada (ou algo perto disso), que nada mais é que DC.
Isso sempre vai gerar maior potência, até um fator de in = out. Então quanto menor a tensão de energia disponível, menor o headroom, isto é, mais cedo o sinal distorce.
Então não, uma uma bateria com tensão menor, não vai gerar menos ganho, mas vai gerar um sinal que vai distorcer mais cedo.
Potência fornecida vs Potência de saída
Um amplificador, basicamente é um modulador de uma VDC, a partir de uma VAC (de frequência variável) injetada no input.
A potência máxima no output (max Pout), num amplificador ideal (sem perdas), será igual a potência máxima a ser modulada, e será VDC.
Basicamente por isso, que uma fonte de amp costuma queimar (ou as válvulas, transistores/CI's estragam), quando ele clipa muito: a corrente sobe além do suportado, e acontece sobre aquecimento, vulgar "queima" do componente - mas nem sempre é instantâneo, acredito que apenas casos extremos isso aconteça imediatamente, então geralmente só a longo prazo ocorra a queima. E quando a queima não ocorre (amps valvulados), acontece um desgaste mais rápido do componente, reduzindo sua vida útil.
Aumento de SPL (Sound Pressure Level) em função da potência aplicada
Por MMI (adaptado)
Teoricamente para o dobro de potência, 3 dB a mais, se precisa o dobro da potência. Então a conta fica assim:
1 W = 100 dB a 1 metro;
2 W = 103 dB a 1 metro;
4 W = 106 dB a 1 metro;
8 W = 109 dB a 1 metro;
16 W = 112 dB a 1 metro;
32 W = 115 dB a 1 metro;
64 W = 118 dB a 1 metro;
128 W = 121 dB a 1 metro.
Tem uma outras relações, ao se dobrar a distância, cai 6 dB. Ou seja, com 1W, o seu falante gera 94 dB a 2 metros e assim vai. Mas se você estiver tocando no seu quarto, a meio metro, aumenta 6 dB. Esse é o problema de microfonar amplificadores, não é qualquer microfone que aguenta, já que a 3 cm do falante vamos ter 30 dB a mais do que a 1 metro. A outra relação diz que dobrando o número de falantes, aumenta 3 dB. Ou seja, numa 2x12 você tem 3 dB a mais, numa 4x12 tem 6 dB a mais.
Voltando para a sua questão... O problema é que 120 dB é o "limiar da audição dolorosa", ou seja, tão alto que dói os ouvidos. A norma do Ministério da Saúde nem chega a isso, vai até no máximo 115 dB quando permite no máximo 7 minutos a cada dia. Olhando a tabela, dá para inferir que 120 dB não daria 1 minuto.
Em resumo, ligar um amp de 100 W num falante de sensibilidade de 100 dB, ainda mais se for uma 4x12, é coisa para doido... Impraticável se for num quarto.
A questão do headroom
Com base no texto acima, percebe-se porque as variáveis de quantidade de falantes, e potência, são tão influentes no timbre, e resultados finais.
Vejam que de 50W para 100W, o ganho em volume não é tão significativo, o que muda é apenas o headroom (está explicado acima o que é).
Como dimensionar um cabo para ligar amp - caixas
Dimensionar um cabo precisamos saber quanta energia vai fluir por ele, isto é, quantos Amperes vão passar ali...
A fórmula parece complicada, pois é extensa, mas é bem simples:
I = P / √ ( P * Z )
I = corrente (A)
P = potência (Wrms)
Z = impedância (Ω)
Mas temos picos na música, então não teremos mais RMS (Root Mean Square, ou seja a potência MÉDIA), teremos bem mais que isso. Por padrão se adiciona 40~50% de folga na potência.
Supondo 100Wrms @ 4Ω...
100 + 50% = 150W
I = 150 / √ ( 150 * 4 )
I = 150 / √ 600
I = 150/ 24,49
I = 6,12A
Dimensionando o cabo
A conta é direta:
S = ( 2 * I * L ) / ( 58 * u)
S = bitola do fio (mm²)
I = corrente (A)
u = queda de tensão (V)*
L = comprimento do cabo (m)
58 = constante para a resistividade do cabo
*Não confundir u com U!!!
Atentemos para o fato de que precisamos calcular u. A queda de tensão máxima admissível é 4%. Mas é como é áudio o ideal seria 0! Então vamos dizer que a perda máxima é 1%.
Pessoalmente, eu prefiro calcular com valores de 0,01%, para ter um valor muitíssimo próximo a zero.
P = I * U
P/I = U
U = 150/6,12
U = 24,5V
u = 1% * U ou melhor...
u = (1/100) * U ou melhor ainda...
u = 0,01 * U
Logo...
u = 0,04 * 24,5
u = 0,245V
No nosso exemplo, vamos dizer que quero um cabo de 2m (para poder por a amp perto do meu rack por exemplo), então a conta fica:
S = ( 2 * I * L ) / ( 58 * u)
S = ( 2 * 6,12 * 2 ) / ( 58 * u)
Voltando ao cálculo
S = ( 2 * 6,12 * 2 ) / ( 58 * u)
S = ( 2 * 6,12 * 2 ) / ( 58 * 0,245)
S = 24,48 / 14,21
S = 1,7mm²
Esse é o mínimo necessário. Eu uso por padrão, independente de qualquer coisa, 2mm².
Por que?
Simplesmente porque o calor influencia muito a resistividade do cobre. Num palco então literalmente a coisa pega fogo. E claro, resistência mecânica.
ATENÇÃO
Não se recomenda de maneira nenhuma, que se use cabos do tipo fio e malha (de guitarra), pois se por ventura de algum acidente, ele for danificado as chances de dar curto são MUITO MAIORES. O recomendado é fio Paralelo.
Aspectos gerais do áudio (reportagem)
http://www.musitec.com.br/blogs/classicos/?c=76
That's all folks!
Original em http://forum.cifraclub.com.br/forum/10/322368/, por mim mesmo rs
É resultado de minhas pesquisas, um conteúdo técnico, escrito de forma simples, voltada para músicos. Espero que aproveitem.
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Com a chegada do fim do ano, o número de festas, eventos e apresentações aumenta muito e isso, infelizmente, acaba aumentando também o número de equipamentos de áudio usados de forma inadequada que acabam sendo danificados.
Por mais que pareça um bicho de sete cabeças, essas conexões não são complicadas e seguem sempre um padrão lógico. Para explicarmos isso de forma clara, precisamos começar lá do começo: o casamento de impedância. Mas, afinal, o que é “casamento de impedância”? Se você pensou em alianças, padre, altar, glamour e coisas do gênero, você está no caminho certo… para queimar seu sistema de áudio! Sem o glamour de um casamento tradicional com véu e grinalda, o casamento de impedância é, de fato, uma união, mas de circuitos!
Impedância
Para entendermos o que é o casamento de impedância, precisamos primeiro entender o que é impedância. Tecnicamente, impedância é o resultado da reatância capacitiva e da reatância indutiva em um determinado circuito. De maneira simples, a impedância elétrica (ou simplesmente impedância) é a oposição (impedimento, resistência, força contrária) que um circuito (o “caminho” da energia elétrica entre os pólos positivo e negativo) faz à passagem de corrente elétrica.
Todo material apresenta impedância, em maior ou menor grau. Materiais condutores apresentam baixa impedância, ou seja, são facilmente atravessados por corrente elétrica, enquanto materiais isolantes (não condutores) apresentam altas (ou altíssimas) impedâncias, não deixando que a corrente elétrica os atravesse ou apresentando muita resistência a essa corrente.
A impedância é medida em Ohms e seu símbolo é uma simpática ferradura (Ω), símbolo originário do alfabeto grego, indicativo da letra Ômega. O nome é uma homenagem ao físico alemão George Simon Ohm, quem primeiro descreveu estes fenômenos no início do século XIX. Materiais condutores apresentam poucos Ohms de resistência, enquanto materiais isolantes apresentam milhares (KΩ -KiloOhms, sendo K o indicativo de mil) ou milhões (MΩ - MegaOhms, sendo M o indicativo de milhão) de Ohms de impedância. A letra “Z” é indicada para representar a impedância elétrica. Em áudio, encontramos em Direct Boxes e em alguns cubos para instrumentos conexões chamadas de “High Z” e “Low Z”, indicando conexões para equipamentos de alta impedância e de baixa impedância.
Alto-falante e Caixas Acústicas
Um alto-falante possui uma parte condutora chamada bobina (um fio enrolado sobre si mesmo diversas vezes) e uma parte mecânica (cone, aranha, etc). A energia elétrica, ao passar pelo alto-falante, encontra uma resistência elétrica (o fio da bobina), uma resistência magnética (a interação entre o campo magnético da bobina e o imã fixo do alto-falante) e uma resistência mecânica (uma dificuldade causada pela inércia para movimentar os componentes mecânicos - que inclui o atrito do cone com o ar). A soma desses três fatores é que dará a “resistência”, ou impedância nominal, desse alto-falante. Essa “resistência” varia de acordo com a freqüência da corrente elétrica circulando e é justamente por isso que se chama impedância (e não simplesmente resistência). Também por esse motivo você nunca vai conseguir medir a impedância de um alto-falante apenas usando um multímetro.
Como a impedância varia de acordo com a frequência (um mesmo alto-falante pode apresentar uma impedância quando recebe 200Hz e outra quando recebe 2kHz), a impedância nominal é definida então como o menor valor da soma das resistências (elétrica + mecânica), encontrada em toda a resposta de frequência do falante*. Em geral, alto-falantes são construídos em valores padronizados em todo o mundo, nos valores de 2, 4, 8, 16 e 32 Ohms. Os mais comum de encontrarmos são os falantes com uma impedância nominal de 4 Ohms (muito comum para sistemas automotivos) ou 8 Ohms (muito comum para sistemas de PA). Entretanto, apesar da padronização, nada impede que exista um falante com características específicas (feito para usos especiais).
NOTA PESSOAL: *Acredito que a frequência com menor valor de impedância, seja o pico de ressonância de um falante. Pela lógica, menor impedância, significa maior potência dissipada - e consequente maior volume. Supondo que isso tudo seja verdade, é um ponto para se passar à "calcular" a curva de resposta do falante.
Por exemplo, o sistema de 2Way de alguns MiniSystems/3em1 antigos, onde temos divisores te frequência passivos e internos, e transdutores de impedâncias diferentes para ter uma impedância final (Zf) padrão (1,2,4,8,16,32,64).
Numa hipótese de 2x12"@8Ω em série ligados (que dá16Ω) + 1xTi16Ω com Zf = 8Ω. Alguns sistemas de som para carros usam isso, mas bem poucos dos atuais.
Como vimos, podemos considerar a impedância nominal de um alto-falante para efeitos de cálculo e para realizarmos a associação de 2 ou mais alto-falantes. Ao montarmos uma caixa acústica com mais de um alto-falante, podemos realizar essa associação de diversas formas e cada uma dessas formas vai resultar em um valor diferente de impedância. Essa impedância, vai ser a impedância nominal da caixa; aquele número que aparece escrito em uma etiqueta junto ao conector de entrada da caixa.
Ligação dos Alto-Falantes
Existem, em suma, três formas de ligar alto-falantes em uma caixa acústica: série, paralelo e a junção das duas - que chamamos série-paralelo.
Considerando que o alto-falante é um resistor com valor nominal, podemos fazer essas ligações, em uma associação em série de resistores, o resistor equivalente é igual à soma de todos os resistores que compõem a associação.
O caminho da energia elétrica entre os pólos positivo e negativo de uma fonte de tensão (uma bateria, uma pilha, a tomada de energia da casa, etc), composto por uma série de resistores ligados um atrás do outro (daí o nome: associação em série). Na verdade, seria a mesma coisa que atravessar um único resistor cujo valor é equivalente à soma de todas as resistências dos diversos componentes ligados em série.
Para calcular o valor da resistência equivalente (Req) temos a fórmula:
Req = R1 + R2 + R3 + R5 + … + Rn.
Sendo “n” o último dos resistores que compõem o caminho. É importante também citar que a resistência equivalente de uma associação em série sempre será maior que o resistor de maior valor da associação.
Uma outra forma de ligar os resistores é fazendo múltiplos caminhos para a energia, caminhos estes um ao lado do outro (ou seja, paralelos entre si), sendo que a energia elétrica será distribuíra por todos estes caminhos.
Neste caso, a Req é calculada de outra forma:
1/Req = (1/R1) + (1/R2) + (1/R3) + (1/R4) + … + (1/Rn).
Enquanto a outra fórmula era só somar, essa daqui exige alguns cálculos mais complicados. Entretanto, se os diversos resistores tiverem valores idênticos, podemos usar uma fórmula mais simples: Req = R/n. Onde R representa o valor da impedância dos resistores (o valor de um deles, lembrando que todos têm que ter o mesmo valor) e “n” é o número de resistores. É importante citar que a impedância total será sempre menor que o resistor de menor resistência da associação.
NOTA PESSOAL: Existe também a associação em delta-estrela, mas ainda estou conduzindo experimentos pra saber no que isso vai resultar. Mas acredito que seja a saída para usar quantias de falantes diferentes das potências e sub-potências de 2, e mesma impedância. ESPECULO que seja o caso das 6x12 que acompanhavam o Giannini Duovox 100B. Outra hipótese é associar números ímpares de falantes de mesma impedância, como os 3rd Power HLH 312 e o Jurassic Cabs Raptor 3x12" e 2x8+1x18 (para contrabaixo).
O formato de 3 falantes é bem mais comum entre baixistas, principalmente lá na gringa.
Dá para associar ímpares com impedâncias diferentes e chegar a uma potência de 2. Onde sempre o terceiro falante terá que ter a mesma impedância da associação dos dois primeiros.
Amplificadores e Casamento de Impedância
Agora que já se sabe sobre impedância, ligação de alto-falantes e caixas acústicas, deve estar se perguntando onde entra a história do casamento. O casamento de impedâncias nada mais é do que a conexão de circuitos diferentes (com impedâncias diferentes) de forma que o máximo em rendimento possa ser obtido. Colocando isso de forma simples e no contexto do áudio: é a melhor forma de conectar um amplificador em uma caixa acústica para que ambos rendam o máximo possível e para que não haja danos a nenhum dos dois.
Cinco fatores de igual importância devem ser considerados nessa conexão: a potência do amplificador, a potência suportada pela caixa, a impedância de saída do amplificador, a impedância de entrada da caixa e a qualidade do cabo utilizado para a conexão. Cada um desses fatores é determinante para o sucesso (ou fiasco) da operação.
Uma das leis da Física que regem o tema (Lei de Ohm), diz o seguinte: Potência = Voltagem² / Impedância.
Ou seja, a potência sempre é calculada em relação a uma voltagem e a uma determinada impedância de carga. Considerando que os amplificadores utilizados em áudio produzem uma determinada voltagem quando submetidos a uma impedância (uma caixa acústica ou um conjunto de caixas*), então a fórmula citada pode ser usada para aferir a potência desses aparelhos.
*os amplificadores não sabem se há uma única caixa acústica ou diversas caixas ligadas a ele. Só enxergam impedância, seja ela de uma só caixa ou a impedância equivalente de um conjunto de caixas.
Vamos dar uma olhada no que acontece com os amplificadores quando variamos a impedância do sistema de caixas acústicas/falantes. Por exemplo, vejamos um amplificador com saída em 80 Volts sobre uma impedância de 8 Ohms:
Potência = (80V) ² / 8 (Ohms) = 6400 / 8 = 800 Watts
Mantendo a voltagem constante, só que agora com 4 Ohms:
Potência = (80V) ² / 4 (Ohms) = 6400 / 4 = 1.600 Watts
Agora com 2 Ohms:
Potência = (80V) ² / 2 (Ohms) = 6400 / 2 = 3.200 Watts
Agora com 1 Ohm:
Potência = (80V) ² / 1 (Ohm) = 6400 / 1 = 6400 Watts
Então, podemos concluir que quanto menor o valor da impedância encontrada no sistema de caixas acústicas,
maior será a potência obtida do amplificador.
Vamos aumentar a impedância do sistema de caixas para ver o que acontece. A mesma voltagem, só que agora com 16 Ohms:
Potência = (80V) ² / 16 (Ohms) = 6400 / 16 = 400 Watts
Agora com 32 Ohms:
Potência = (80V) ² / 32 (Ohms) = 6400 / 32 = 200 Watts
Agora com 64 Ohms:
Potência = (80V) ² / 64 (Ohms) = 6400 / 64 = 100 Watts
Com 128 Ohms:
Potência = (80V) ² / 128 (Ohms) = 6400 / 128 = 50 Watts
Disso podemos concluir que quanto maior o valor da impedância encontrada no sistema de caixas acústicas,
menor será a potência obtida do amplificador.
Ou seja, Impedância e Potência são grandezas inversamente proporcionais. Quando uma aumenta, a outra diminui, e vice-versa. Se você está atento à explicação, concluiu facilmente que a melhor situação é utilizar a impedância sempre a mais baixa possível, através de associações em paralelo. Certo? Não é bem assim…
Amplificadores de áudio são projetados de forma a ter o máximo rendimento em uma determinada impedância mínima, em geral 8 Ohms, 4 Ohms ou 2 Ohms (alguns, inclusive, têm uma chave para mudar a impedância de saída, e outros saídas independentes pra cada caso). Se diminuirmos a impedância para valores abaixo desse mínimo (por exemplo, 2 Ohms em um amplificador projetado para 4 Ohms), o amplificador continuará realizando seu trabalho, mas agora fora das condições normais de uso, o que irá provocar danos ao equipamento. Essa é a situação mais comum onde caixas acústicas são danificadas e os alto-falantes acabam queimados. A corrente circulando pelo alto-falante é maior do que ele pode suportar e, em geral, a bobina se abre, inutilizando o alto-falante. Por outro lado, não há limites para o aumento da impedância, mas é importante salientar que a potência fornecida pelo amplificador será cada vez menor, muitas vezes inadequada para uma sonorização eficiente.
Lembre-se: a ligação ideal onde amplificador e caixa rendem o máximo possível é quando a impedância de saída do amplificador é igual à impedância da caixa, resultando num casamento perfeito, não só de impedância, mas de todo o sistema de áudio!
Créditos:
O texto veio num doc que recebi de um amigo, já sem créditos. Fiz algumas alterações, já que o texto se refere à som profissional (sistemas de PA), que não confere com a maioria por aqui. Assim facilitei a leitura e dados, para instrumentistas.
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Acho que vai matar gente mas vou postar igual... Façam por SUA PRÓPRIA conta e risco, porque o risco é GRANDE. O jeito que o cara faz é muito perigoso, eu faria associando em paralelo resistores de NΩ, para chegar em 4Ω, 8Ω e 16Ω.
Repare que quando a onda começa a ficar quadrada, a tensão na saída sobe de 25,1V para 28,4V.
Não parece muito? Aplique a fórmula P=V²/Z, e verá a pequena diferença rsrsrs
Ganho, Headroom, potência, distorção
Ganho é um fator de multiplicação, e (praticamente) fixo. Por exemplo, eu injeto um sinal de 100mV de um captador passivo, num circuito que vai amplificar isso 100 vezes (100, ou 1:100 é meu fator de ganho), então na saída terei 10V.
Headroom é o fator máximo (isto é, o maior número de vezes) que o sistema consegue amplificar um sinal, sem distorcer (clip).
É isso que diferencia um amp de 100W de um de 10W... O primeiro consegue amplificar mais vezes, e consequente maior volume, sem distorcer o sinal, em relação ao segundo.
Potência é definido como a capacidade para realizar um trabalho (no caso, amplificar um sinal sem distorce-lo), em função de um período de tempo.
P = Trabalho/tempo
Em amplificadores dá para encarar como
P = U*I -> Tensão multiplicada por corrente, resulta na potência
A corrente elétrica é definida como a razão entre o módulo da quantidade de carga ΔQ que atravessa certa secção transversal (corte feito ao longo da menor dimensão de um corpo) do condutor em um intervalo de tempo Δt.
Ou seja, fluxo de elétrons, por período de tempo
Quando eu terei uma tensão de entrada (U*I), que multiplicada pelo fator de ganho, seja maior que a tensão de energia disponível, terei o clip, ou simplesmente distorção.
Se Uinput * Gain > Udisp = Clip Uout
Distorção, é ir além da capacidade máxima de amplificação, ou além do headroom, gerando onda quadrada (ou algo perto disso), que nada mais é que DC.
Isso sempre vai gerar maior potência, até um fator de in = out. Então quanto menor a tensão de energia disponível, menor o headroom, isto é, mais cedo o sinal distorce.
Então não, uma uma bateria com tensão menor, não vai gerar menos ganho, mas vai gerar um sinal que vai distorcer mais cedo.
Potência fornecida vs Potência de saída
Um amplificador, basicamente é um modulador de uma VDC, a partir de uma VAC (de frequência variável) injetada no input.
A potência máxima no output (max Pout), num amplificador ideal (sem perdas), será igual a potência máxima a ser modulada, e será VDC.
Basicamente por isso, que uma fonte de amp costuma queimar (ou as válvulas, transistores/CI's estragam), quando ele clipa muito: a corrente sobe além do suportado, e acontece sobre aquecimento, vulgar "queima" do componente - mas nem sempre é instantâneo, acredito que apenas casos extremos isso aconteça imediatamente, então geralmente só a longo prazo ocorra a queima. E quando a queima não ocorre (amps valvulados), acontece um desgaste mais rápido do componente, reduzindo sua vida útil.
Aumento de SPL (Sound Pressure Level) em função da potência aplicada
Por MMI (adaptado)
Teoricamente para o dobro de potência, 3 dB a mais, se precisa o dobro da potência. Então a conta fica assim:
1 W = 100 dB a 1 metro;
2 W = 103 dB a 1 metro;
4 W = 106 dB a 1 metro;
8 W = 109 dB a 1 metro;
16 W = 112 dB a 1 metro;
32 W = 115 dB a 1 metro;
64 W = 118 dB a 1 metro;
128 W = 121 dB a 1 metro.
Tem uma outras relações, ao se dobrar a distância, cai 6 dB. Ou seja, com 1W, o seu falante gera 94 dB a 2 metros e assim vai. Mas se você estiver tocando no seu quarto, a meio metro, aumenta 6 dB. Esse é o problema de microfonar amplificadores, não é qualquer microfone que aguenta, já que a 3 cm do falante vamos ter 30 dB a mais do que a 1 metro. A outra relação diz que dobrando o número de falantes, aumenta 3 dB. Ou seja, numa 2x12 você tem 3 dB a mais, numa 4x12 tem 6 dB a mais.
Voltando para a sua questão... O problema é que 120 dB é o "limiar da audição dolorosa", ou seja, tão alto que dói os ouvidos. A norma do Ministério da Saúde nem chega a isso, vai até no máximo 115 dB quando permite no máximo 7 minutos a cada dia. Olhando a tabela, dá para inferir que 120 dB não daria 1 minuto.
Em resumo, ligar um amp de 100 W num falante de sensibilidade de 100 dB, ainda mais se for uma 4x12, é coisa para doido... Impraticável se for num quarto.
A questão do headroom
Com base no texto acima, percebe-se porque as variáveis de quantidade de falantes, e potência, são tão influentes no timbre, e resultados finais.
Vejam que de 50W para 100W, o ganho em volume não é tão significativo, o que muda é apenas o headroom (está explicado acima o que é).
Como dimensionar um cabo para ligar amp - caixas
Dimensionar um cabo precisamos saber quanta energia vai fluir por ele, isto é, quantos Amperes vão passar ali...
A fórmula parece complicada, pois é extensa, mas é bem simples:
I = P / √ ( P * Z )
I = corrente (A)
P = potência (Wrms)
Z = impedância (Ω)
Mas temos picos na música, então não teremos mais RMS (Root Mean Square, ou seja a potência MÉDIA), teremos bem mais que isso. Por padrão se adiciona 40~50% de folga na potência.
Supondo 100Wrms @ 4Ω...
100 + 50% = 150W
I = 150 / √ ( 150 * 4 )
I = 150 / √ 600
I = 150/ 24,49
I = 6,12A
Dimensionando o cabo
A conta é direta:
S = ( 2 * I * L ) / ( 58 * u)
S = bitola do fio (mm²)
I = corrente (A)
u = queda de tensão (V)*
L = comprimento do cabo (m)
58 = constante para a resistividade do cabo
*Não confundir u com U!!!
Atentemos para o fato de que precisamos calcular u. A queda de tensão máxima admissível é 4%. Mas é como é áudio o ideal seria 0! Então vamos dizer que a perda máxima é 1%.
Pessoalmente, eu prefiro calcular com valores de 0,01%, para ter um valor muitíssimo próximo a zero.
P = I * U
P/I = U
U = 150/6,12
U = 24,5V
u = 1% * U ou melhor...
u = (1/100) * U ou melhor ainda...
u = 0,01 * U
Logo...
u = 0,04 * 24,5
u = 0,245V
No nosso exemplo, vamos dizer que quero um cabo de 2m (para poder por a amp perto do meu rack por exemplo), então a conta fica:
S = ( 2 * I * L ) / ( 58 * u)
S = ( 2 * 6,12 * 2 ) / ( 58 * u)
Voltando ao cálculo
S = ( 2 * 6,12 * 2 ) / ( 58 * u)
S = ( 2 * 6,12 * 2 ) / ( 58 * 0,245)
S = 24,48 / 14,21
S = 1,7mm²
Esse é o mínimo necessário. Eu uso por padrão, independente de qualquer coisa, 2mm².
Por que?
Simplesmente porque o calor influencia muito a resistividade do cobre. Num palco então literalmente a coisa pega fogo. E claro, resistência mecânica.
ATENÇÃO
Não se recomenda de maneira nenhuma, que se use cabos do tipo fio e malha (de guitarra), pois se por ventura de algum acidente, ele for danificado as chances de dar curto são MUITO MAIORES. O recomendado é fio Paralelo.
Aspectos gerais do áudio (reportagem)
http://www.musitec.com.br/blogs/classicos/?c=76
That's all folks!
Original em http://forum.cifraclub.com.br/forum/10/322368/, por mim mesmo rs
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