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Fase de sistemas de alto-falantes (ART1041)

Em instalações de alto-falantes é comum o uso de fios de duas cores (preto e vermelho) sem que, no entanto, seja dada importância ao fato deles terem essas cores para identificar sua polaridade. A polaridade dos alto-falantes, mesmo tratando-se de dispositivos que reproduzem sinais alternados, é importante pelo fato dela determinar a fase dos sinais. Vamos explicar o que isso significa em palavras simples, neste artigo.

 

 O mesmo tema é tratado de forma diferente no ART785.

 

 

Os alto-falantes reproduzem os sons pela movimentação de um cone de papelão ou plástico para frente e para trás quando a bobina acoplada a este cone é percorrida por uma corrente fornecida pelo amplificador, conforme ilustra a figura 1. O ar na frente e por trás do alto-falante é comprimido e descomprimido, criando uma perturbação (ondas de compressão e descompressão) que se propaga pelo espaço.

 

Ondas sonoras produzidas por um alto-falante.
Ondas sonoras produzidas por um alto-falante.

 

 O sentido da força a que o cone é submetido depende, portanto, do sentido de circulação da corrente em sua bobina e da polaridade de um imã permanente.

Se tivermos um único alto-falante reproduzindo um sinal sonoro, a polaridade do sinal não é importante, pois os efeitos obtidos quando o ar é movimentado num sentido ou noutro é o mesmo para nossos ouvidos: em ambos os casos, conforme mostra a figura 2, é criada uma perturbação sonora com a forma de onda do som original que se propaga até os nossos ouvidos.

 

Propagação de som de fonte única até os ouvidos.
Propagação de som de fonte única até os ouvidos.

 

 Entretanto, se tivermos dois alto-falantes que devam reproduzir o mesmo sinal, é muito importante que isso ocorra com um movimento coordenado de seus cones.

Assim, se os cones tenderem a se movimentar em sentidos opostos com o mesmo semiciclo de um sinal, observe a figura 3, ocorrerá um fenômeno de "interferência destrutiva".

 

Alto-falantes fora de Fase.
Alto-falantes fora de Fase.

 

 Nos pontos em que temos maior grau de compressão do ar provocada por um dos alto-falantes, o outro, por se movimentar em sentido contrário, provoca descompressão. Em outras palavras, neste local o sinal se anula.

Se os dois alto-falantes estiverem muito próximos ou numa mesma caixa acústica, a ligação que os leva a funcionar desta forma é altamente prejudicial à qualidade da reprodução.

Por outro lado, se a movimentação dos cones for tal que tenhamos compressão do ar nos mesmos semiciclos. o rendimento da reprodução será muito maior, veja exemplo na figura 4.

 

Alto-falantes em Fase.
Alto-falantes em Fase.

 

No primeiro caso, onde os movimentos dos cones ocorrem em sentidos opostos, dizemos que os alto-falantes estão fora de fase, enquanto que no segundo dizemos que os alto-falantes estão em fase.

Como garantir que os alto-falantes tenham seus cones se movimentando no mesmo sentido com o mesmo semiciclo de um sinal de áudio?

Para que a ligação de dois ou mais alto-falantes a um mesmo canal de um amplificador não leve a uma reprodução descontrolada, ou seja, fora de fase, os alto-falantes são dotados de marcações que permitem sua conexão em fase.

O que se faz, então, é aplicar ao alto-falante um sinal, por exemplo de uma simples pilha que leve à circulação de uma corrente num sentido conhecido pela sua bobina, de acordo com a figura 5.

 

Descobrindo a Fase de um alto-falante.
Descobrindo a Fase de um alto-falante.

 

 Se com a aplicação dessa corrente o cone se movimentar para a frente, o pólo positivo da pilha estará no pólo positivo do alto-falante.

Veja que a marcação de um (+) num terminal de um alto-falante não tem nada a ver com polaridade ou com a obrigatoriedade de se fixar um sentido de circulação para a corrente.

O (+) indica apenas que, se neste ponto tivermos em determinado instante um sinal que seja positivo em relação ao outro terminal, a movimentação do cone será para frente.

Mas, o importante para o instalador de alto-falantes é observar que num conjunto desses elementos, pela marcação da polaridade ou fase, podemos garantir que o movimento de todos ocorra sempre no mesmo sentido.

Assim, se tivermos alto-falantes em série, por exemplo, 2 deles, conforme indica a figura 6, teremos duas possibilidades para a conexão.

 

Fase em alto-falantes ligados  em série.
Fase em alto-falantes ligados em série.

 

 No primeiro caso, os sinais (+) estão em posições tais que, para cada semiciclo do sinal, eles serão percorridos sempre em sentidos diferentes, ou seja, enquanto um tem o cone indo para frente, o outro o tem para trás. Dizemos nestas condições que os alto-falantes estão fora de fase.

Por outro lado, se os alto-falantes estiverem ligados de acordo com a mesma figura em (b), para cada semiciclo do sinal, a movimentação do cone ocorrerá nos dois alto-falantes no mesmo sentido.

Dizemos que, nessa situação, que os alto-falantes estão em fase.

Veja então que é importante observar este tipo de conexão, por exemplo, num carro ou numa caixa acústica, que são ambientes em que precisamos garantir que os alto-falantes estejam em fase para que não ocorram problemas de distorções ou perdas de rendimento.

O mesmo é válido para os alto-falantes ligados em paralelo, observe a figura 7.

 

Fase em alto-falantes ligados em paralelo.
Fase em alto-falantes ligados em paralelo.

 

 No primeiro caso, os alto-falantes estão em oposição de fase, pois no mesmo semiciclo do sinal, os movimentos dos cones ocorrem em sentidos opostos.

Para a conexão em fase de dois alto-falantes, temos a conexão mostrada em (b) da mesma figura.

Tudo o que vimos é válido para um número maior de alto-falantes, veja exemplo na figura 8.

 

Fase em combinações de 3 e 4 alto-falantes.
Fase em combinações de 3 e 4 alto-falantes.

 

Na prática, fica mais fácil observar a ligação da fase tomando como referência as cores dos fios de conexão do amplificador, pois a saída de sinal também é polarizada da mesma forma. Por este motivo é que se utilizam fios pretos e vermelhos nas saídas dos amplificadores onde serão ligados os conjuntos de alto-falantes.

Mas, não basta que os alto-falantes de um sistema tenham a ligação correta da fase.

Se tivermos diversos alto-falantes ligados a um mesmo canal de um amplificador, é importante que haja uma correta distribuição da potência entre eles, e isso significa que, além de mesmas características elétricas, eles devem ter também as mesmas características mecânicas.

Assim, não é conveniente ligar alto-falantes de potências e tamanhos diferentes em paralelo, mesmo que suas impedâncias estejam de acordo com o desejado, veja a figura 9.

 

Distribuição incorreta do sinal.
Distribuição incorreta do sinal.

 

 O que acontece é que alto-falantes diferentes possuem curvas de respostas diferentes, de acordo com o indicado na figura 10.

 

Curvas diferentes para os alto-falantes A e B.
Curvas diferentes para os alto-falantes A e B.

 

Desse modo, para uma dada frequência do sinal, por exemplo 1 kHz, os alto-falantes terão uma impedância e, portanto, rendimento diferentes. A repartição da energia do amplificador, será desigual e um dos alto-falantes passará a ter uma reprodução em nível menor que o outro. Em outras palavras, nestas condições, os alto-falantes se comportarão de modos diferentes na faixa de reprodução do som.

Evidentemente, as potências dos alto-falantes devem ser levadas em consideração, pois eles devem receber sempre um sinal menor do que aquela que sejam capazes de reproduzir. Se a potência aplicada for maior que aquela que eles podem manusear, o resultado poderá ser a queima.

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