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Fase de sistemas de alto-falantes (ART785)

Numa instalação de alto-falantes ‚ comum que se use 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 sendo dispositivos que reproduzem sinais alternados, ‚ importante pelo fato dela determinar a fase dos sinais. O que isso significa vamos explicar em palavras simples neste artigo.

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

 

As ondas sonoras são de compressão e descompressão do ar.
As ondas sonoras são de compressão e descompressão do ar.

 

A força a que o cone ‚ 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 ‚ importante pois os efeitos obtidos quando o ar‚ movimentado num sentido ou no outro ‚ o mesmo para nossos ouvidos: em ambos os casos, conforme mostra a figura 2 ‚ criada uma perturbação sonora com a forma de onda do som original que se propaga até os nossos ouvidos.

 

ondas de compressão e descompressão do ar nos causam a sensação auditiva.
ondas de compressão e descompressão do ar nos causam a sensação auditiva.

 

No entanto, se tivermos dois alto-falantes que devam reproduzir o mesmo sinal, ‚ 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, conforme mostra a figura 3, ocorre um fenômeno de "interferência destrutiva".

 

Alto-falantes fora de fase interferem no som produzido.
Alto-falantes fora de fase interferem no som produzido.

 

Nos pontos em que temos maior grau de compressão do ar provocada por um dos alto-falantes, o outro alto-falante, 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 leve a funcionar desta forma ‚ altamente prejudicial a 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, conforme mostra a figura 4.

 

Alto-falante em fase reforçando o sinal.
Alto-falante em fase reforçando o sinal.

 

 No primeiro caso, em que os movimentos dos cones ocorrem em sentidos opostos, dizemos que os alto-falantes estão fora de fase enquanto que no segundo caso 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 ‚ aplicar ao alto-falante um sinal, por exemplo de uma simples pilha que leve a circulação de uma corrente num sentido conhecido pela sua bobina, conforme mostra a figura 5.

 

Determinando a
Determinando a "polaridade" ou "fase" de um alto-falante.

 

 Se com a aplicação dessa corrente o cone se movimenta para frente, o pólo positivo da pilha estar 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 ser 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 mostra a figura 6, temos duas possibilidades para a conexão.

 

Fase na ligação em série de alto-falantes.
Fase na ligação em série de alto-falantes.

 

 No primeiro caso, os sinais (+) estão em posições tais que para cada semiciclo do sinal, eles serão sempre percorridos 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 conforme mostra a mesma figura em (b) para cada semiciclo do sinal, a movimentação do cone ocorre nos dois alto-falantes no mesmo sentido.

Dizemos, neste caso, que os alto-falantes estão em fase.

Veja então que ‚ 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, conforme mostra a figura 7.

 

Fase na ligação de alto-falantes em paralelo.
Fase na ligação de alto-falantes em paralelo.

 

 No primeiro caso os alto-falantes estão em oposição de fase, pois no mesmo semcicilo 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, conforme mostra a figura 8.

 

Fase para associação de quatro alto-falantes.
Fase para associação de quatro 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 ‚ que se utilizam, fios pretos e vermelhos nas saídas 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 ‚ importante que haja uma correta distribuição da potência entre eles e isso significa que além de mesmas características elétricas eles devem também ter 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, conforme mostra a figura 9.

 

Associação não recomendada.
Associação não recomendada.

 

 O que ocorre ‚ que alto-falantes diferentes possuem curvas de respostas diferentes, conforme indicado na figura 10.

 

Rendimentos diferentes prejudicam a qualidade da reprodução.
Rendimentos diferentes prejudicam a qualidade da reprodução.

 

Assim, para uma dada frequencia do sinal, por exemplo 1 kHz, os alto-falantes terão uma impedância e portanto rendimento diferentes. A repartição da energia do amplificador, nestas condições ser desigual, e um dos alto-falantes passar 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 conta pois eles devem receber sempre um sinal menor do que a que sejam capazes de reproduzir. Se a potência aplicada for maior do aquela que eles podem manusear, o resultado pode ser a queima.

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