Associação de falantes

texto produzido por Marcelo S. Motitsuki
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revisão 21/01/2009

        Resistência é a propriedade elétrica de impor resistência à passagem de corrente elétrica. Essa resistência pode ser medida, sendo sua unidade o Ohm e não varia com a frequência do sinal.
        Mas a Impedância é definida como a resistência à passagem de corrente que varia com a frequência do sinal que é aplicada.
        O Alto-falante, devido a sua construção interna, possui uma bobina que é um fio geralmente de cobre esmaltado enrolado em um cilindro de papel, alumínio, etc, Esta bobina funciona como um indutor, portanto sua impedância varia com a frequência. Para um SubWoofer temos aproximadamente o seguinte gráfico de impedância.

Impedância de um Subwoofer em relação a frequência. .
Note que, com o aumento da frequência (seta horizontal) a impedância aumenta.

Falantes em paralelo

        Em sistemas com mais de um falante, deve-se tomar cuidado com a associação dos mesmo, pois, se a impedância final estiver abaixo do permitido pelo amplificador, este pode até queimar.

       Se você associou vários falantes iguais como na figura (falantes em paralelo) sem o uso de qualquer tipo de filtro estará mandando toda a faixa de frequência para ambos os falantes, assim a impedância que o amplificador "enxerga" (chamaremos de R equivalente Req) é o paralelo dos dois que resulta em 2 Ohms:

Nesse caso podemos notar que se dois falantes de mesma impedância forem colocados em paralelo, basta dividir a impedância de um deles pra saber o resultante final. Nesse exemplo 4 / 2 = 2 Ohms. Se tivermos dois falantes de 8 Ohms o resultante será 4 Ohms.

       Se um amplificador fornecesse 100W em 2 Ohms (50W a 4 Ohms) essa potência seria dividida igualmente e cada falante receberia 50W:

Para 3 ou mais falantes a impedância equivalente é definida pela fórmula :

ou pela associação de dois falantes a dois falantes:

Resistência equivalante de R1 com R2

Resistência equivalente de R3 com R4

Resistência equivalente de Req1 com Req2

Falantes em série

        A associação série consiste em ligar os falantes como na figura:

        Sua impedância equivalente é a soma das impedâncias de cada falante:
        R_eq= R₁ + R₂ = 4 + 4 = 8 Ohms
        Para 3 ou mais falantes é só somar todas as impedâncias.
        Nese caso o sinal é mandado para ambos os falantes mas a impedância final é maior que na ligação paralela, portanto não há problema para o amplificador. A desvantagem é que não estaremos obtendo toda a potência que o amplificador pode fornecer que normalmente é em 4 ou 2 Ohms finais.
       Se tivermos um amplificador que forneça 100W em 8 Ohms (200W a 4 Ohms), essa potência será dividida igualmente e teremos cada falante reproduzindo 50W, como no caso dos falantes em paralelo, a diferença é que para conseguirmos 50W em cada falante, foi necessário um amplificador que forneça 200W em 4 Ohms enquanto que no caso paralelo era preciso um amplificador de 50W em 4 Ohms:

Falantes com bobina dupla

A associação das bobinas procede da mesma forma que dois falantes independentes. Podendo ser ligados em série ou paralelo.
Existe a opção de ligar cada bobina em canais diferentes de um amplificador, neste caso as bobinas devem reproduzir a mesma "música", pode-se utilizar cabos RCA em "Y" para alimentar os dois canais do amplificador. Caso as duas bobinas estejam tocando músicas de canais diferentes (esquerdo e direito por exemplo), pode ocorrer que cada bobina "queira ir pra lados opostos" causando a ruptura da bobina. Portanto não é recomendado ligar uma bobina em canais diferentes de um amplificador.

Falantes em paralelo com filtros passivos

      Caso você esteja utilizando um filtro para dividir a frequência a ser usada em cada falante, estaremos com a seguinte configuração:

        Cada falante estará recebendo uma faixa de frequência: midbass 20 a 5KHz e tweeter de 5K a 20KHz, bem diferente do esquema paralelo anterior aonde todos os falantes recebiam toda a faixa de frequência (20 a 20KHz).
        Nessa nova configuração o amplificador "enxerga" a impedância conforme a faixa de frequência:

20 a 5K Hz Z₁ = 4 Ohms

5K a 20K Hz Z₂= 4 Ohms

Um amplificador fornece potência para o alto-falante, mas para entendermos melhor, precisamos saber de onde vem essa potência.
Pela fórmula elétrica:

Legenda:
P = potência [Watts]
V = tensão [Volts]
I = corrente [Amperes]
R= Resistência [Ohms]

Notamos que a potência é inversamente proporcional a resistência. No nosso caso a impedância do alto-falante. Mantendo a tensão constante, se aumentarmos a impedância, a potência cai, se diminuirmos a impedância a potência sobe.
Para o amplificador fornecer 100W a 4 Ohms, ele terá que fornecer 20Volts.

É importante estudarmos a curva de impedância do falante para entendermos como é distribuída a potência nos falantes. Abaixo você vê em azul a curva de impedância do midbass visto pelo amplificador. Na faixa de frequência que ele atua, tem impedância de 4 Ohms enquanto que fora dessa faixa, o filtro passa-baixa faz com que sua impedância suba a mais de 20 Ohms.

A curva de impedância resultante pelo conjunto de falantes e filtros, vista pelo amplificador, seria parecido com esta:

Então podemos deduzir que em toda a faixa de frequência audível (20 a 20KHz) a impedância está perto de 4 Ohms, portanto o amplificador estará fornecendo 100W de 20 a 20KHz.
Vamos estudar um pouco a curva de impedância do midbass vista pelo amplificador:

Vamos supor agora que estamos aplicando uma frequência fixa de 50Hz, a impedância neste ponto é de 4 Ohms e a tensão é de 20 Volts. Aplicando a fórmula da potência descrita acima. P=(V^2) /Z descobrimos que a potência é de 100W. Agora supondo que aplicamos uma frequência de 8KHz, a impedância é de 20 Ohms, a tensão continua sendo os mesmos 20 Volts, então a potência será de 20 Watts.
Sabemos que a potência máxima será dada pela tensão máxima ou pela impedância mínima. Já estamos trabalhando na tensão máxima que é de 20 Volts, então a máxima potência fornecida será na menor impedância que é de 4 Ohms, isto é, 100Watts.

Agora, e se você tiver dois midbass "pendurados" no crossover? - Primeiramente o falante deve obedecer a impedância de trabalho do filtro. (Ou o filtro deve ser construído para uma determinada impedância). Se o filtro foi desenvolvido para ter uma frequência de corte f_c utilizando falante de 4 Ohms, a utilização de um falante de 8 ou 2 Ohms modificará a frequência de corte do crossover!!!
Para sabermos a impedância resultante de 2 falantes de 4 Ohms em paralelo basta dividir a impedância por 2, isto é, 4/2 = 2 Ohms.

Nesse caso o amplificador estará "enxergando"

80 A 800 Hz

Req = 2 Ohms

E os coaxiais e triaxiais? Onde os filtros utilizados são meramente capacitores em série com o falante. A configuração mais comum é a seguinte:

Coaxial
R1 = tweeter 4 Ohms - acima de 5KHz
R2 = midbass 4 Ohms

Req = ~ 4 Ohms
Triaxial
R1 = tweeter - acima de 5KHz
R2 = midranger - acima de 500Hz
R3 = woofer

Req = ~ 4 Ohms

Note que todos os falantes recebem as frequências altas mas nem por isso, o amplificador enxerga uma baixa impedância. Pois devemos levar em conta que o woofer não reproduz muito bem as altas frequências porque sua impedância é naturalmente alta para altas frequências. A curva da impedância é mostrada abaixo, como se já tivesse um filtro passa-baixa.

Curva de impedância de um woofer Portanto em altas frequências a impedância a ser considerada no woofer, midbass e midrange deve ser maior que o valor nominal, algo em torno de 20 Ohms o que não afeta muito na impedância final.

Kits componentes

Na maioria dos casos, o kit componente deve ser encarado como sendo 4 Ohms.
Isto ocorre porque cada falante recebe frequências distintas, com isso, o conjunto funciona como se fosse um falante só de 4 Ohms. Pois no médio grave toca só no midbass e o agudo toca só no tweeter.

Nunca se deve ligar um falante a mais no crossover original de um kit componente, pois a frequência de corte irá mudar. Por exemplo, ligar 2 midbass de 4 Ohms em paralelo na saída de um crossover de 4 Ohms, isso fará com que o corte de frequência suba.

Mas colocar o conjunto crossover, midbass e tweer em paralelo com outro conjunto de crossover, midbass e tweeter funcionará como se estivesse ligando 2 falantes de 4 Ohms em paralelo, resultando em 2 Ohms.

Qual a distribuição de potência nos subwoofers?

        Vamos utilizar como exemplo um amplificador que gera :
        100 W RMS em bridge a 8 Ohms ou;
        200 W RMS em bridge a 4 Ohms ou;
        400 W RMS em bridge a 2 Ohms;
        Vamos fazer algumas experiências.
        - 1o ) Ligando dois SubWoofers de 4 Ohms em série teremos 8 Ohms como impedância equivalente e o amplificador irá gerar 100 W RMS que serão distribuídos para os 2 SubWoofers, portanto 50 W para cada SubWoofer;

        - 2o ) Ligando em bridge apenas um SubWoofer de 4 Ohms teremos 200 W RMS no Sub;

        - 3o ) Ligando dois SubWoofers de 8 Ohms em paralelo teremos 4 Ohms de impedância equivalente e o amplificador irá gerar 200 W RMS que serão distribuídos para os Subs, portanto 100 W para cada Sub.

        - 4o ) Ligando dois SubWoofers de 4 Ohms em paralelo teremos 2 Ohms de impedância equivalente e o amplificador irá gerar 400 W RMS que serão distribuídos para os Subs, 200 W para cada Sub.

        - 5o )Ligando 4 SubWoofers de 2 Ohms da seguinte forma:
2 Sub em série em paralelo com outros 2 Subs em série ( (2 + 2) // (2 + 2) ). Impedância equivalente de 2 Ohms.Fará com que o amplificador forneça 400 W distribuídos para os 4 Subs. 100 W para cada Sub.

       Se seu amplificador possui impedância mínima em bridge de 2 Ohms, utilize:
- um subwoofer bobina dupla de 4 Ohms = (4//4) = 2
- dois subwoofers de bobina simples 4 Ohms = (4//4) = 2
- quatro subwoofers bobina dupla de 4 Ohms [(4//4)+(4//4)] // [(4//4)+(4//4)] = 2

       Se seu amplificador possui impedância mínima em bridge de 4 Ohms, utilize:
- um subwoofer bobina simples de 4 Ohms = 4
- dois subwoofers bobina dupla de 4 Ohms = (4//4)+(4//4) = 4
- quatro subwoofers bobina simples de 4 Ohms [(4)+(4)] // [(4)+(4)] = 4


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