19 de mar de 2013

Guia básico sobre som, alto-falantes, potência, impedância e THD

Encontrei este guia muito interessante para quem está perdido nos termos técnicos.

Vou começar pelo que julgo que a grande maioria se engana e acaba fazendo besteira na hora de escolher seu Home Theater, caixas de som ou fones de ouvido.

Potência

Há alguns pontos que desejo abordar:
  • Potência PMPO
  • Potência RMS
  • Sensibilidade do alto-falante
  • Potência RMS vs Volume

Potência PMPO

Tenho a certeza que vocês já viram no mercado algo como "Mini System 3600W PMPO" ou apenas o "3600 W" entre esses os mais variados tipos de números que só servem para lhe confundir na hora de escolher seu aparelho e que também não dizem absolutamente nada sobre o volume.

Essa tal de "PMPO" é um número criado pelos fabricantes pois eles sabem que os consumidores gostam de números grandes, no início eles se referiam a potência de pico, com o passar do tempo foram sendo desenvolvidas novas maneiras de se medir o "PMPO" o que acabou resultando em uma medida completamente imprecisa, pois cada fabricante poderá ter seu modo de medir os tais "Watts PMPO"

Ou seja, se você ler "PMPO" por aí, simplesmente ignore.

Potência RMS

Esta sim é a verdadeira potência do seu aparelho, por diversas vezes é um número pequeno, que raramente chega ou ultrapassa dos 100 W porém é aceita mundialmente como padrão ao medir a potência de amplificadores, receivers e derivados.

Ela é obtida com um sinal de uma única frequência (60 Hz para subwoofers e 1 kHz como padrão internacional), na mesma amplitude ao ser reproduzido, o que vale aqui são os valores obtidos antes do amplificador distorcer ("clipagem")

É feito da seguinte maneira:
  1. liga-se um resistor com a impedância (ohms) desejada (de 2 à 16 ohms em geral), quanto maior a impedância, menor será a potência RMS.
  2. após ligado o resistor, coloca-se o amplificador reproduzindo a frequência para teste em onda senoidal e mede-se a tensão que esta passando no resistor, com um multímetro, a fórmula é a seguinte:

P = [ (U x U) / R ]
U = tensão medida no voltímetro em modo AC [volts]
R = resistência utilizada [Ohms]
Exemplo: Tensão medida no multímetro = 20 volts, com um alto-falante de 4 ohms.
P = ( 20 x 20 / 4 )
P = ( 400 / 4 )
P = 100 W RMS (fonte da fórmula e exemplo: http://autosom.net/artigos/rms.htm )

Como saber se estou exagerando na potência aplicada em meu alto falante?
Simples amigo, se você começar a escutar distorções ou o barulho da bobina do alto falante batendo, é porque está exagerando.

Agora que você já sabe os conceitos de RMS vamos para a parte prática do assunto.

Sensibilidade

Todo alto-falante tem um parâmetro que se chama "sensibilidade" que por padrão é medida a 1 W e 1 metro de distância, a sensibilidade é volume em dB obtido a 1 m de distância que um falante consegue gerar quanto recebe um sinal de 1 W RMS

Por exemplo: Um alto-falante com sensibilidade de 86 dB consegue gerar 86 dB de volume a 1 metro de distância com 1 W RMS.

Impedância

Impedância é um outro parâmetro importante das caixas de som. Variando de 2 a 16 ohms em geral, ela deve combinar com a impedância do seu receiver/amplificador. Caixas de 2 ohms, ligadas em um receiver que suporta no mínimo 4 ohms tem grandes chances de queimarem tanto as caixas quanto o receiver. Ao aumentar a impedância das caixas em relação ao receiver não correm problemas, porém as caixas receberão menos watts RMS.

Exemplo:

Falante: 8 ohms
Receiver: 4 ohms, 100 W RMS
Ao ligar este falante neste receiver, no máximo, ele receberá 50 W de potência RMS.

Potência RMS vs Volume

Como sabemos, alto-falantes tem um parâmetro chamado sensibilidade, porém estes valores não são lineares, ou seja, o dobro de Watts RMS não significa o dobro de volume reproduzidos pelo alto-falante. Na verdade quando dobramos a potência, temos que adicionar apenas 3 dB ao alto-falante, sendo assim vamos usar o exemplo citado acima:

Alto-falante com 86 dB sensibilidade ao receber 1 W reproduzir 86 dB de volume.
Alto-falante com 86 dB sensibilidade ao receber 2 W reproduzir 89 dB de volume.
Alto-falante com 86 dB sensibilidade ao receber 4 W reproduzir 92 dB de volume.
Alto-falante com 86 dB sensibilidade ao receber 8 W reproduzir 95 dB de volume.
E por aí vai.

Agora, vamos comparar alto falantes de sensibilidades diferentes:

Alto-falante com 86 dB sensibilidade ao receber 8 W reproduzir 95 dB de volume.
Alto-falante com 89 dB sensibilidade ao receber 4 W reproduzir 95 dB de volume.

Concluimos que: 3 dB a mais na sensibilidade fizeram o segundo falante reproduzir sons ao mesmo volume que o primeiro exemplo e com a metade da potência, isso é muito importante para sistemas que não possuem muita potência RMS, ao serem equipados com alto falantes de alta sensibilidade podem reproduzir uma pressão sonora igualmente alta que outros mais "parrudos".

Eis uma tabela comparativa para vocês terem uma idéia de quanto volume são os tais "db"



Imagine caixas com 92 dB de sensibilidade. Perceba o volume que elas podem fazer com mísero 1 W RMS de potência.

Agora que já sabemos que potência não é tudo e que o dobro de potência não significa realmente o dobro de volume.

Qualidade do Som

Resposta de Frequência

A audição humana consegue perceber sons que variam de 20 à 20.000 Hz. Portanto, um bom alto-falante conseguiria reproduzir toda essa faixa de frequência. Isso é na teoria, na prática é muito difícil para apenas um alto-falante reproduzir todas essas frequências com perfeição. Tem aqueles que tentam os chamados "fullrange", porém eles acabam não conseguindo com qualidade.

Por isso, existem vários tipos de alto-falantes especializados em faixas de frequência  generalizando podemos dizer que existem aqueles para os graves, os médios e os agudos.

Temos, então, as seguintes categorias:
  • subwoofer (graves)
  • woofer (médios)
  • tweeters (agudos)

Gostaria de lembrar que estou generalizando, pois existem várias outras subcategorias como por exemplo, sub-graves, médios-agudos e etc., que fazem parte da transição de um tom para outro.

Vamos começar pelos agudos. Os tweeters são falantes em geral pequenos e se movimentam pouco, assim como movimentam pouco ar. Também são responsáveis pelas frequências agudas (altas) e, por isso, se movimentam muito rápido e em pouco espaço. Em geral, vão de 5.000 Hz até os 20.000 Hz. São direcionais e sua onda não é curta. Por serem direcionais, recomenda-se que estejam na altura do ouvido de quem está escutando o som, para um melhor aproveitamento das frequências altas.

Nos médios temos os woofers, vão de 80 ou 120 Hz até os 5 kHz (5.000 Hz). São responsáveis pela maior parte da informação sonora e também são aqueles que reproduzem a nossa fala. Com tamanho maior que os tweeters, eles costumam movimentar mais ar, porém são, em geral, ainda menores que os subwoofers.

Nos graves, de 80 Hz para baixo temos os subwoofers, com tamanho avantajado de 8 polegadas até alguns modelos de 18 ou mais. Eles movimentam grandes quantidades de ar e requerem caixas acústicas muito maiores que os outros falantes. Produzem muita pressão sonora (SPL) se comparados aos woofers e tweeters. Eles dão aquela impressão que esta tudo tremendo e são muito responsáveis pelas batidas de certos tipos de música como hip-hop, eletrônica, dentre outros.

Unindo esses três tipos de alto-falantes, é possível criar uma caixa que reproduza todo o nosso espectro audível, tomando cuidado apenas para que certas frequências não fiquem mais altas que outras. Isso poderia dar impressão de som abafado ou estridente por exemplo. Então, o ideal é que a caixa de som tenha uma resposta plana, sem grandes variações de pressão sonora de 20 Hz a 20 kHz.

OBS: hoje em dia é muito comum encontrar sistemas com woofers e tweeters em 2 caixas e mais uma contendo apenas o subwoofer. Isto é feito para economizar espaço e porque o subwoofer requer muito mais potência do que os woofers e tweeters.

Distorção Harmônica (THD)

A distorção harmonica total (THD) é medida em porcentagem e o ideal é que esteja baixo de 1%, quanto menos melhor, a distorção faz por exemplo, o sinal senoidal ficar achatado, perdendo assim sua qualidade, equipamentos com THD < 1% são considerados Hi-Fi (alta fidelidade)
Portanto é sempre melhor um amplificador que te entregue por exemplo 100W à 4ohms com 1% THD do que um outro que entrega 100W à 4 ohms com 10% THD, sem falar que a distorção é um dos principais motivos para a queima dos alto-falantes.

Perguntas e Respostas


- Pra um som ter uma potencia de 100 W RMS é necessário que ele consuma 100 W de energia elétrica?

É necessário que ele consuma por volta de 160 W ou mais da energia elétrica. depende da classe do amplificador.

  1. Não existe mágica de multiplicação de watts e também não existem aparelhos que tenham 100% de eficiência.
  2. Um amplificador classe AB tem um rendimento de 50%. Sendo assim, seriam 200 W consumidos. Existem outros tipos de amplificadores mais eficientes e outros menos eficientes, mas não existe nenhum que te dê 100% de eficiência.
Classes: http://autosom.net/artigos/classe.htm


- Os fios que se devem utilizar nas caixas de som afeta na qualidade do som? Tem algum tipo especifico ou pode ser qualquer tipo de fio?

Afeta sim, mas depende da caixa de som. Quanto maior a qualidade da caixa, mais diferença o cabeamento faz e a potência também tem a ver com o diâmetro do cabo.


- Quero um 5.1 de baixo custo acoplado ao PC e não entendo nada, então comecei a pesquisar. Quero um som limpo, mesmo que não tenha volume muito alto.
  • Qual a relação linear entre reciver/amplificador/alto-falantes? A resposta talvez ajude a entender sobre a incompatibilidade de impedâncias entre o aparelho emissor do sinal e o reprodutor do som. 
  • Pela fórmula da potência poderia dizer que ao comparar 2 aparelhos de mesmo RMS declarado, mas um com menos ohms o com menos ohms é melhor?
  • Ao girar o controle de volume, estou aumentando a emissão de watts para as caixinhas?
  • Em relação à potência x volume, se o aumento no exemplo é de apenas 3 dB, ao comparar caixas com um total de 37 W RMS com de 26 W RMS o ganho é pouco significativo?
Tenho uma mobo ECS GA8200 BE que diz ser 5.1 e tem 6 plugues atrás. ECS GF8200A Black Motherboard Review :: ECS GeForce 8200A Black Layout :: Motherboards.org. Me indicaram comprar uma Creative Audiogy. Já achei em alguns lugares a uns R$ 160,00 e essa daí a R$ 90,00! Só pode ser pilantragem. TecnoBR - Tecnologia em Informtica. Independente da idoneidade da loja, digamos que eu compre uma Creative Audiogy em perfeito estado. 
  • Tenho como configurar a impedância de saída para que se adaptem a diversas caixas de som?
Aliás, as únicas que achei por menos de 500 reais que me atraíram foram:

Relação linear entre receiver/amp/ caixa de som, não entendi direito a pergunta mas vou deduzir que seja na questão de impedância e potência.

Entenda que a maioria dos receivers tem um amplificador junto, caso não tenha ele se torna um processador que mandaria um sinal pré amplificado para um amplificador
O receiver é um aparelho que recebe o sinal pré amplificado do PC, DVD, Bluray ou seja la o que seja, interpreta e amplifica ele para os alto falantes/ caixas de som.

Agora vamos relacionar quanto a impedância, a questão da impedância é simples, em fisica temos que V=R*I , portanto V/R=I, quanto menor a impedância ou resistencia (impedancia na verdade é a resistencia de acordo com frequencia reproduzida) maior será a corrente, portanto se componentes do amplificador/receiver não aguentarem toda essa corrente eles queimarão

Por isso que se um receiver/amplificador diz que a impedancia minima aceitada é de 8 ohms, se você usar uma caixa de som de 4 ohms o dobro de corrente irá passar e portanto componentes. Porém ao utilizar uma caixa de som de 12 ohms, menos corrente ainda irá passar e isso fará o som mais baixo, tendo em vista que Pot=V.I, se V é fixo e I abaixa teremos menos potência

Acho que o motivo do amplificador/receiver não poder se utilizado com impedancias menores do que o minimo especificado.
Quanto a 2 aparelhos de potência identica mas variam na impedância minima, isso vai depender das suas caixas de som, por exemplo

Situação:

Se o aparelho X a impedância minima é 8 ohms e a potencia em 8 ohms é Z.
Se o aparelho Y a impedância mínima é 6 ohms e a potência em 6 ohms é Z.
Se suas caixas são de 8 ohms, o aparelho X poderá mandar toda a potência possível para elas, porém se forem de 6 ohms, ele mandará menos do que a potência Z e o aparelho Y será o indicado.

Em relação ao controle de volume, quando você escuta o som aumentando de intensidade você está aumentando a potência mandada para as caixas de som sim.

Potência vs Volume, isto depende da sensibilidade, a caixa de 27W pode tocar bem mais alto se tiver uma sensibilidade bem maior.
Para saber quanto são 3db a mais, de uma maneira bem grosseira você pode abrir uma musica com o winamp, ir no equalizador, no lado esquerdo as barras de qualização tem uma isolada que controla o volume total do eq, coloque ela em -3db e ative o equalizador (com todas as outras frequencias em 0 db), o som ira diminuir de intensidade e você saberá quanto é que vale essa variação de 3db na prática (peço para colocar em -3db para evitar distorções)

Configurar o amplificador/receiver para aceitar impedâncias menores apenas alguns modelos mais sofisticados tem essa opção. mas basicamente pode-se utilizar qualquer impedância acima da minima especificada, nunca abaixo.

Quanto a placa de som, tudo é relativo ao chip usado na sua placa mae vs o chip das offboards, umas offboards que tem saido boas ultimamente são as Xonar da Asus. Compare as especificações e veja qual a melhor, veja também a questão dos drivers que podem dar dor de cabeça.

Vamos agora as caixas de som que você procurou, nenhuma delas vai te dar um som 5.1 realmente de qualidade, isso é trabalho de homtheaters com uma boa quantia de dinheiro
Mas um aceitavel para quem está saindo de caixas de som basicas mesmo de PC é o Logitech X-540, falo dele pois ja escutei, é aceitável.

E agora apenas para conceituar:
Receiver: Aparelho receptor de sinais pré amplificados ou digitais e emissor de sinais amplificados (para caixa de som)
Processador: Aparelho receptor de sinais pré amplificados ou digitais e emissor de sinais pré amplificados (para amplificador)
Amplificador: Receptor de sinais pré amplificados e e emissão de sinais amplificados.

Nas formulas:
V = R * I
V -> tensão (V)
R -> resistência (Ohms)
I -> corrente (A)

Pot = potência = Watt


Espero que tenha entendido, qualquer coisa pergunte novamente.
Abraços!


Autor: Upking (Gabriel Rodríguez)