A Caixa Acústica
Woofers e Subwoofers requerem para seu correto funcionamento, instalação dentro de caixas acústicas adequadas às suas características eletro-mecânicas. A caixa acústica permite ao alto-falante trabalhar em condições ideais, reproduzindo sons com eficiência e qualidade, sem riscos de danos por excesso de excursão.
Uma caixa acústica corretamente calculada e construída, realça a performance do woofer/subwoofer, aumentando a intensidade do som, a potência aplicável e a resposta de transientes.
A Caixa acústica isola a parte dianteira da parte traseira de um alto-falante. Toda fonte de áudio emite radiação sonora para frente e para trás, simultaneamente, mas com polaridades diferentes, isto é, a onde que sai por trás do falante é inversa à onda que sai da frente do falante ou simplificando, defasagem de 180 graus. Portanto como as polaridades das propagações são opostas, fica impossível, sem a caixa, evitar o cancelamento de ondas.
Nas baixas freqüências, o cancelamento de ondas é ainda mais prejudicial à qualidade final do áudio porque a propagação das ondas é extremamente difusa, superior a 180 graus. Portanto é o volume da caixa que determina a frequência de sintonia do sistema "caixa-falante". Uma caixa acústica pequena demais jopga a frequência de sintonia para cima, deformando a resposta fazendo o sistema gerar distorções e aumentando o risco de o falante queimar
O cálculo da caixa acústica deve levar em conta os parâmetros Thiele Small do alto-falante, bem como o resultado final que se deseja. Se você está procurando graves bem pronunciados e até um pouco retumbantes, o tipo e o tamanho da caixa acústica e sua sintonia são diferentes do que os adequados a uma resposta de graves potente porém mais bem definida.
Além disso a performance de uma caixa acústica instalada dentro de um veículo, difere substancialmente de seu comportamento em uma sala residencial. Por este motivo, caixas acústicas calculadas utilizando softwares convencionais, apresentam resultados bastante diferentes dos esperados, quando instaladas dentro de um veículo.
O interior de um automóvel pode ser considerado como um campo de pressão, cuja tendência é de reforçar os sons graves, sendo este reforço tanto maior, quanto menores forem o volume interno do veículo e a frequência reproduzida.
Para o cálculo do volume da caixa acústica, será preciso dos:
Parâmetros Thielle-Small (clique aqui para ver a descrição de todos os parâmetros)
- Fs
- Qts
- Vas
- Xmax
- SPL
Com a posse desses parâmetros, você pode adquirir qualquer:
Programa para cálculo do volume da caixa disponível na Internet.
Existe vários tipos de caixas acústicas, a escolha de uma caixa acústica depende de sua utilização. Para tanto deve-se levar em consideração as características de cada caixa.
Os tipos de de caixa acústica
Closed Box (Selada)
principalmente para valores de Qtc inferiores a 0,7 situação em que a resposta de graves é prejudicada ( F3>Fc: Frequência de Ressonância ou pico da caixa)
Resposta de frequência plana
Baixa distorção em toda a faixa
Pouco reforço em baixa frequência
Utiliza alto-falantes de alta excursão. (por ter volume interno fixo a caixa evita excursões exageradas do falante, diminuindo o volume em 15% é possível aplicar até 30% a mais de potência)
Suportam altas potências sem que se aumente o risco de danificar o alto-falante na mesma proporção.
Ideal para quem deseja um grave puro e profundo
Bom para Pop, Dance, Heavy Metal e Rock. (músicas com batidas de impacto)
O volume da caixa Closed podem variar com os seguintes resultados:
- Volume menor:
Frequência de sintonia sobe;
Resposta de graves menos estendida, menos plana;
Graves mais acentuados;
Potência aplicável maior;
Som mais "duro", grave de ataque;
- Volume maior:
Frequência de sintonia desce;
Resposta de graves mais estendida (baixas frequências);
Resposta mais plana;
Potência aplicável menor;
Graves mais profundos e mais natural;
Vented Box (Dutada)
Resposta de graves estendida
Alto SPL
Boa resposta a transientes
Baixa distorção na frequência de sintonia
Para quem deseja graves reforçados
O duto permite acentuar a resposta de graves em torno da frequência de sintonia Fb
O duto pode ser interno, parte interna parte externa à caixa e curva, basta manter o comprimento exigido pelo projeto
Possui resposta transitória inferior à da caixa fechada.
Permite muita frexibilidade de projeto, justamente pela variação de sintonia do duto. Este tipo de sistema promove um ganho de cerca de 3 dB a mais que uma caixa selada. Pode ser alinhada para uma resposta mais agressiva em baixa frequência, atuando também no controle de excursão do alto-falante. O duto pode possuir qualquer formato. A sintonia é feita através do volume total do duto, também chamado de pórtico.
Bom para Jazz, MPB, Clássico, Pop, Axé, Pagode. (músicas com graves estendidas)
A excursão do cone na frequência de sintonia Fb fica extremamente reduzida, e cresce para frequências abaixo de Fb.
O duto funciona como uma espécia de emissor sonoro, contribuindo de forma significativa nas respostas de baixas frequências . O duto também faz com que o deslocamento do cone seja reduzido, permitindo o uso de falantes de maior sensibilidade ( cone de menor massa e bobina com enrolamento de menor altura = conjunto móvel mais leve e eficiente).
Caixa Vented e Bandpass
Nas caixas vented e bandpass, tanto os volumes quanto as dimensões dos dutos são críticas e não devem ser alteradas, sem cuidadoso recálculo. O diâmetro dos dutos pode ser alterado, desde de que seu comprimento seja ajustado proporcionalmente. Quanto maior for o diâmetro do duto, tanto maior deverá ser o seu comprimento.
BandPass
Resposta de graves extendida
Banda de frequência definida
Boa resposta a transientes
Alto SPL
Alta potência
Esse tipo de caixa acústica comporta-se como um filtro acústico passa faixa, sendo do tipo radiador indireto ( o alto-falante não transmite diretamente). Possibilita a obtenção de rendimentos superiores ao de referência do alto-falante, o que não acontece com as caixas do tipo radiador direto (caixa fechada, refletor de graves, etc).
Utiliza duas câmaras, onde a primeira envolve a parte de depressão do alto-falante (traseira) e possui 2/3 do volume total da caixa. A segunda envolve a parte de pressão (frente) e utiliza 1/3 do volume total. A primeira câmara estabelece o corte FL (frequência de corte inferior) e a segunda o corte FH (frequência de corte superior). Este sistema acústico possui uma resposta muito definida e agradável nos graves, controlando muito bem a excursão do cone do alto-falante.
Bom para todos os tipos de música.
Isobaric Push Pull
Neste tipo de caixa acústica dois alto-falantes trabalham com suas zonas de pressão fechadas um contra o outro, ligados em oposição de fase. Enquanto o cone de um dos falantes puxa, o do outro empurra.
Possui resposta agressiva nas baixas frequências e utiliza alto-falantes de alta fidelidade
Esse sistema consistem em uma associação em série, acusticamente falando, de dois alto-falantes idênticos.
O alto-falante resultante terá os mesmos valores de Fs e Qts, mas apenas metade do Vas, O resultado disso é que o volume Vb, exigido pela caixa, cai pela metade, assim como o rendimento, que é a grande desvantagem desse sistema. No caso da montagem isobárica push pull, a distorção diminui, devido ao cancelamento proporcionado pela ação complementar das bobinas, deslocando-se no campo magnético.
Bom para Pop, Dance, heavy Metal e Rock.
Isobaric Pull Pull
Dois alto-falantes trabalham, um "olhando" para a parte posterior do outro, fechados entre si por uma pequena câmara, mas ambos em outra câmara selada ou com duto. Este sistema promove ganho de SPL (nível de pressão sonora).
Possui as mesmas propriedades do Iso Push Pull, exceto quanto a distorção. Alto-falantes com orificio de ventilacao traseira não são recomendados para essa aplicação.
Bom para Pop, Dance, Heavy Metal e Rock.
Construção da caixa acústica
- Volume: Calcular as dimensões da caixa, levando em conta suas dimensões internas e também o volume ocupado pelo alto-falante que deve ser descontado. A fórmula para o cálculo do volume de um cubo:
Volume de cubo(litros) = [ Altura (cm) x Largura (cm) x Profundidade (cm) ] / 1000
Para uma caixa trapezoidal : Primeiro deve-se calcular a área de um dos lados paralelos trapezoidais, depois multiplique pela largura da caixa e depois divida por 1000
Área do trapézio = [ ( base maior + base menor) / 2 ] * Altura
Volume da caixa trapezoidal (litros) = ÁreaDoTrapézio * Largura / 1000
O volume ideal leva em consideração os marâmetros thielle small de cada subwoofer e pode ser calculado com a ajuda de alguns programas de computador.
Veja aqui como calcular o volume ideal bem calcular on-line sua caixa trapezoidal ou retangular
- Forma: A forma geométrica de uma caixa acústica pode influenciar em sua resposta de frequência e rendimento no interior do carro. Isto ocorre devido à formação de ondas estacionárioas, as quais provocam defasagens e cancelamentos de frequências. Para evitar a formação de ondas estacionárias, devem ser evitadas medidas iguais ou múltiplas para a altura, largura e profundidade (como uma caixa quadrada) e se possível utilizar paredes não paralelas. Podemos citar como exemplo uma caixa do tipo cubo, esta não seria uma boa caixa, já que possui ângulos iguais e paredes paralelas. Já na caixa trapezoidal estaria próxima ao ideal.
- Reforço: Para funcionamento adequado, as paredes da caixa acústica devem ser rígidas não devendo vibrar devido às altas pressões internas geradas pelo alto-falante O uso de materiais antiruídos e reforços internos unindo painéis opostos ajudam a manter a boa estrutura da caixa. Assim a caixa acústica final deve ser extremamente sólida para não vibrar, assim melhora-se o rendimento do conjunto caixa/falante
- Madeira: Recomenda-se utilizar aglomerado de média densidade (MDF, uma madeira que parece ser feito de pó de madeira prenssado com ótima resistencia) ou madeira aglomerada ou compensada com espessura mínima de 15mm. Uma caixa ideal deve ser construída com material que tenha bons níveis de absorção, amortecimento e isolamento acústicos. Caixas moldadas em fibra de vidro ou qualquer outro tipo de resina, além da falta de amortecimento, elas vibram com mais facilidade diminuindo o rendimento do conjunto.
- Vedação: A vedação da caixa é um dos ítens mais comprometedores para um bom funcionamento da caixa acústica. Para que isso possa ser evitado, deve-se utilizar silicone nos cantos onde possam existir vazamentos. As juntas devem ser colocadas e aparafusadas e deve-se aplicar internamente um filete de borracha de silicone para obter perfeita vedação. Deve-se também utilizar massa de calafetar ou guarnição de espuma de borracha entre o alto-falante e a caixa acústica para evitar vazamentos de ar.
- Forração interna: Tem como objetivo minimizar reflexões internas do som e ressonâncias, pois estes aumentam o fator de amortecimento da caixa, ela deve ser totalmente revestida em seu interior com lã de vidro de baixa densidade ou espuma de poliéster ou lã de poliéster.
A função do revestimento interno é aumentar o fator de amortecimento da caixa, para que não sejam introduzidas colorações e distorções provocadas por ondas estacionárias. O revestimento interno melhora muito a condição de filtro da caixa acústica, para algumas frequências, mas cada sistema acústico possui as suas peculiaridades, quanto ao tipo e quantidade de material fono-absorvente. O revestimento interno também contribui para graves mais perfeitos e timbres mais suaves, mas introduzem perdas de energia acústica.
- Forração externa: A superfície externa da caixa pode ser pintada ou revestida com carpete (colada com cola de sapateiro, amarelo) ou curvin (couro sintético).
- Dutos: Os dutos devem seguir uma relaçao de comprimento x diâmetro para que atue em uma determinada frequência. O duto pode ser totalmente interno à caixa, parte fora parte dentro da caixa e pode ser curvo (como se fosse um duto reto entortado);
- Fixação: Devido ao alto peso de alguns alto-falantes, a fixação à caixa acústica deve ser feita com parafusos auto-atarrachantes do tipo philips (imagine se fosse chave de fenda e este escapasse direto pro cone do subwoofer....) de diâmetro e comprimento adequados e em número igual aos furos existentes na carcaça.
- Local de fixação: A caixa de um subwoofer pode ser colocada em qualquer lugar do veículo, devido à propriedade não direcional das baixas frequências. No entanto o alto-falante ( ou duto, no caso de caixas vented ou band-pass) deve manter uma distância mínima de 5cm de qualquer material que possa obstruir a passagem de som.
GLOSSÁRIO
Excursão: - Movimentação positiva e negativa do conjunto bobina/cone.
Resposta a Transientes: - Capacidade do alto-falante em retornar a sua posição anterior (em repouso), o mais rápido possível após a interrupção do som.
Thiele-small: - Parâmetros de um alto-falante necessários para a construção de uma caixa acústica. Esse é o nome de duas pessoas que criaram estes parâmetros para alto-falantes, Neville Thielle e Richard H. Small
MDF: - Aglomerado chileno, madeira de composição rígida, formado por pó fino de madeira aglomerada muito rígida.
Ondas Estacionárias: - São ondas que se formam devido ao uso de paredes paralelas e ângulos iguais, as quais causam defasagens e inversões de fase, dentro da caixa acústica.
