Crossovers de primeira ordem: panacéia ou problema?

Sempre encorajei e-mails críticos dos leitores porque é bom ter o feedback. Mas alguns dos e-mails em resposta à minha análise do THIEL TT1 ficaram totalmente desagradáveis. "Você não é um audiófilo!" um se enfureceu em resposta ao meu comentário de que o TT1 é "…um alto-falante mais versátil do que qualquer Jim Thiel [o falecido cofundador da empresa] projetado e provavelmente um valor melhor do que qualquer coisa que Jim projetou…"

Lembrei-me disso quando recentemente pesquisei no Google algumas informações para minha próxima análise do novo subwoofer SmartSub 1.12 da THIEL. Encontrei reclamações apaixonadas sobre a decisão da empresa de se afastar dos designs coerentes com as fases e dos cruzamentos de primeira ordem que eram uma marca registrada do trabalho de Jim Thiel. Em um vídeo do YouTube, um entusiasta de áudio elogiou os designs de Jim Thiel como "anos-luz à frente do que todos os outros tinham a oferecer" e repreendeu a empresa por oferecer um novo produto que "parece ser a mesma porcaria antiga que vimos em o mundo dos alto-falantes nos últimos 30, 40 ou 50 anos."

Do ponto de vista comercial, se foi ou não sábio para a THIEL Audio abandonar os principais conceitos de design de Jim Thiel é discutível, mas espero que a maioria dos designers de alto-falantes tenha tomado a mesma decisão que o novo pessoal da THIEL. Isso não é porque eles são burros. Não é porque o que eles fazem é "porcaria" (eu não dou classificações de desempenho de cinco estrelas para oradores de merda). Não é porque eles "não são audiófilos". É porque eles entendem que os crossovers de primeira ordem introduzem um número surpreendente de trade-offs, um ponto que nenhum dos comentaristas que vi criticando a THIEL Audio parece ter se incomodado em investigar.

Tenho a sorte de ter passado muitas horas discutindo essas questões com o próprio Jim Thiel. Eu o visitei duas vezes em seu laboratório e fábrica de desenvolvimento de produtos, e ele apareceu no meu local de trabalho algumas vezes para me ajudar a configurar alto-falantes ou para conversar sobre o que ele tinha em andamento. Pode ser surpreendente para alguns que sua abordagem estava profundamente enraizada na ciência e na engenharia prática. Que eu saiba, ele nunca se entregou ao palavreado místico e às alegações de desempenho difíceis de suportar que são comuns em áudio de alta qualidade, e em nossas discussões ele muitas vezes desprezava práticas de áudio da moda que não eram firmemente apoiadas por evidências científicas.

Primeiro, algumas noções básicas para quem precisa delas. O crossover é uma rede elétrica que divide o som em graves para o woofer e agudos para o tweeter (e geralmente médios para um driver de médio porte). Um crossover de duas vias tem dois filtros: um que filtra os agudos do woofer e outro que filtra os graves do tweeter. (Um alto-falante de três vias adiciona filtros que removem os graves profundos e os sinais agudos superiores do driver de médios.) Esses filtros são caracterizados pela frequência na qual eles começam a atenuar um sinal e pela inclinação dessa atenuação. Um filtro de primeira ordem atenua a -6 dB por oitava, um filtro de segunda ordem a -12 dB por oitava e assim por diante. Esses filtros afetam a fase de um sinal de áudio, atrasando levemente algumas frequências em relação a outras.

O benefício de um crossover de primeira ordem é que ele mantém a fase do sinal original, desde que o alto-falante em que é usado tenha os centros acústicos dos drivers alinhados no plano vertical, muitas vezes através do uso de um defletor frontal inclinado. Contanto que sua cabeça esteja posicionada de forma que seus ouvidos fiquem equidistantes de todos os drivers, a fase do som direto que chega primeiro aos seus ouvidos não deve variar mais do que alguns graus. É por isso que a THIEL e outros fabricantes se referem a isso como um projeto coerente com as fases.

Como isso afeta o som que você ouve? Eu revisei talvez 10 alto-falantes THIEL desde o início dos anos 1990, bem como vários outros designs coerentes de fase. Para meus ouvidos, o benefício do design coerente de fase é que você obtém um palco sonoro mais envolvente, mais parecido com o que você esperaria ouvir de um alto-falante de painel como MartinLogan ou Magnepan – mas com imagens mais precisas do que um alto-falante de painel dipolar pode produzir. É um ótimo som, que eu recomendo fortemente que todos os entusiastas de áudio verifiquem por si mesmos em um showroom de revendedores bem projetado ou em um show de áudio.

Por mais agradável que o som com coerência de fase possa ser, não está "anos-luz à frente" de todo o resto. Se os benefícios do design coerente de fase fossem tão grandes, mais empresas de alto-falantes o usariam, porque em sua forma básica também é o crossover menos caro que você pode construir. Para um alto-falante de duas vias, um crossover de primeira ordem requer apenas um capacitor, um indutor e um resistor. Para cada ordem adicionada em um filtro passivo, você precisa de um capacitor ou indutor adicional. É por isso que o uso mais comum de crossovers de primeira ordem não é em alto-falantes audiófilos, mas em barras de som, alto-falantes sem fio e sistemas de home-theater-in-a-box. (Para registro, os crossovers de Jim Thiel eram incrivelmente complexos, com várias redes adicionadas para corrigir anomalias de impedância e resposta de frequência, mas a funcionalidade principal ainda era fornecida por esses três componentes básicos.)

Então, qual é a desvantagem dos crossovers de primeira ordem? Existem três: distorção, longevidade do driver e dispersão.

Como Jim Thiel me disse, porque um filtro de primeira ordem não atenua tão abruptamente quanto os filtros de alta ordem, um driver usado com um crossover de primeira ordem tem que apresentar um bom desempenho duas oitavas além do ponto de crossover especificado – ou seja, em um alto-falante de duas vias com um ponto de cruzamento de 2,3 kHz, um tweeter deve ser capaz de lidar com sinais tão baixos quanto 575 Hz, e um woofer deve ser capaz de lidar com sinais tão altos quanto 9,2 kHz. Isso é especialmente difícil em um tweeter, produzindo distorção em alto volume e às vezes levando à falha do driver (os primeiros alto-falantes Thiel eram notórios por soprar tweeters). Também pode excitar os "modos de separação" do woofer ou ressonâncias de alta frequência que produzem distorção.

Jim Thiel reconheceu plenamente esses problemas e os resolveu em grande parte desenvolvendo tweeters com uma excursão extraordinariamente longa de cerca de um quarto de polegada e através do uso de um driver concêntrico de diafragma corrugado exclusivo que lidava com os médios e agudos em seus modelos mais recentes. Esses problemas também podem ser reduzidos com projetos de três ou quatro vias.

O outro problema com cruzamentos de primeira ordem é a dispersão. Como os filtros são relativamente rasos, ambos os drivers são audíveis simultaneamente quando os sons estão dentro de cerca de uma oitava da frequência de crossover. Isso não é problema se seus ouvidos estiverem na mesma distância dos motoristas. No entanto, se seus ouvidos estiverem mais próximos de um driver – se você se levantar, o que aproxima seus ouvidos do tweeter, ou se abaixar, aproximando seus ouvidos do woofer – os sons dos dois drivers não estarão mais em fase em todas as frequências. Eles estarão em fase em algumas frequências e fora de fase em outras, o que significa que algumas frequências serão aumentadas e outras atenuadas, e você não terá mais resposta de frequência uniforme. (Os alto-falantes com crossovers de ordem superior também podem ter esse problema, mas em um grau muito menor.)

Mais uma vez, Jim Thiel se esforçou muito para corrigir esse problema; é por isso que muitos de seus projetos usavam um arranjo coaxial, com o tweeter dentro de um driver ou woofer de médio porte. Mas os projetos de drivers exóticos nos quais ele confiava levavam anos para serem desenvolvidos, custavam muito para serem fabricados e às vezes o impediam de lançar novos modelos tão rapidamente quanto seus parceiros de negócios e revendedores gostariam.

Tive a sorte de revisar tanto o último alto-falante que Jim Thiel projetou (o CS1.7, mostrado acima) quanto o primeiro alto-falante que a empresa projetou após a morte de Jim (o TT1, mostrado à direita). A diferença foi dramática. O CS1.7, como os antigos falantes torre THIEL que eu testei, era um pouco exigente para posicionar e não conseguia tocar na resposta de graves e na dinâmica que muitos falantes com preços semelhantes oferecem; era espetacularmente ótimo para gravações audiófilas puristas de instrumentos acústicos, mas uma escolha questionável para rock mais pesado e música pop ou para home theater. Enquanto isso, o TT1 entregava muita dinâmica, não era exigente quanto ao posicionamento e, finalmente, entregava um som mais neutro que funcionava com qualquer tipo de música.

Claro, os fãs dos antigos alto-falantes THIEL podem insistir que não há nada de especial nos novos alto-falantes, que eles não são muito diferentes do que B&W, PSB e Revel produzem. Isso é verdade. E, claro, muitos audiófilos preferem um produto com idiossincrasias encantadoras a um que ofereça um desempenho objetivamente superior. Isso é bom. E, claro, alguns podem agora gravitar para longe da THIEL e em direção à Vandersteen, outra empresa conhecida por projetos coerentes com as fases. Isso é bom, também.

O que não é bom é afirmar que o alto-falante com coerência de fase (ou, nesse caso, quase qualquer outra tecnologia de áudio) está "anos-luz à frente do que todos os outros têm a oferecer". Assim como todos os outros produtos de áudio já fabricados, os alto-falantes com coerência de fase representam uma série de compensações. Ao entender esses trade-offs, podemos tomar decisões de compra inteligentes. Não podemos tomar decisões de compra inteligentes se basearmos essas decisões em uma reverência quase religiosa por tecnologias, marcas ou personalidades específicas.