Qual é a configuração ideal do driver do alto-falante?

Qualquer pessoa que tenha interesse em áudio por um tempo provavelmente desenvolveu uma preferência por um determinado estilo de alto-falante e uma determinada configuração de driver. Essa preferência pode ser baseada em experiência pessoal, opinião de um revisor confiável, conhecimento técnico ou talvez até mesmo alguns esforços na construção de alto-falantes DIY. Na verdade, existem muitas maneiras de construir um bom alto-falante e certamente há espaço para o gosto pessoal. Ainda assim, muitas vezes fico surpreso com o quão pouco a maioria das pessoas (mesmo algumas que estão profundamente envolvidas com áudio) realmente entendem sobre as implicações de desempenho de diferentes configurações de driver.

Muito disso é explicado em The Loudspeaker Design Cookbook. Quando li The LDC pela primeira vez, 20 anos atrás, provavelmente aumentou minha compreensão de como os alto-falantes funcionam em uma ordem de magnitude. O que vou apresentar aqui é muito menos técnico. Encorajo todos os audiófilos e revisores a se aprofundarem pegando uma cópia do LDC, que está agora em sua sétima edição e que foi escrito por Vance Dickason, editor da revista Voice Coil e um dos designers de alto-falantes mais experientes do mundo.

Para entender por que algumas configurações de driver funcionam melhor do que outras em determinadas situações, é importante entender alguns princípios gerais:

1) Todas as outras coisas sendo iguais, quanto maior o diâmetro de um driver, mais baixas as frequências que ele pode tocar e mais dificuldade ele terá para reproduzir altas frequências. Novamente, esse é um princípio geral, verdadeiro apenas quando todas as outras coisas são iguais.

2) A dispersão de um driver (a uniformidade com que ele dispersa o som em todas as direções) é principalmente uma função de seu diâmetro – ou, no caso de drivers ovais ou retangulares, suas dimensões horizontais e verticais. Uma boa regra geral é que a dispersão de um driver começa a se estreitar (ou "feixe") na frequência cujo comprimento de onda corresponde à dimensão do driver. Para calcular isso, divida 13.512 (a velocidade do som em polegadas ao nível do mar) pela área de radiação efetiva do driver. Por exemplo, um woofer de 6,5 polegadas com um diâmetro de área de radiação efetiva de cinco polegadas (medido do pico do surround ao pico oposto) começa a emitir cerca de 2.702 Hz, ou 13.512 dividido por cinco.

A dispersão é importante porque dá ao alto-falante um som grande, aberto e natural. Se a dispersão de um alto-falante for ruim, parecerá mais que o som está vindo da caixa do alto-falante do que de um cantor ou instrumento real. A má dispersão nos médios também pode criar uma coloração de "mãos em concha" nas vozes, como se os cantores tivessem as mãos em concha ao redor da boca.

Você já deve ter percebido qual é o maior dilema no design de alto-falantes: quanto menor o driver, maior sua dispersão (veja a tabela de medidas abaixo, clique na foto para vê-la em uma janela maior); no entanto, quanto menor o driver, menos ele pode lidar com baixas frequências. Um pouco mais de contemplação pode levar à percepção de que "mais simples é melhor" raramente se aplica a alto-falantes. Quanto mais simples o alto-falante, maior a probabilidade de haver alguma combinação de resposta de freqüência desigual, baixa dispersão, falta de resposta de graves e/ou agudos e/ou alta distorção.

Vamos considerar os prós e contras de algumas das configurações de driver de alto-falante mais populares. Uma observação: existem inúmeros fatores que influenciam o desempenho do alto-falante, incluindo design e materiais do driver, design e materiais do gabinete, carga de graves do gabinete, inclinações de crossover etc. No entanto, esses estão fora do escopo deste artigo, que trata especificamente das configurações do driver. Para uma compreensão mais completa do funcionamento interno dos alto-falantes, confira o livro de receitas de design de alto-falante ou outro trabalho de referência detalhado.

Unidirecional (driver único, alcance total)
Alguns audiófilos e revisores gravitam em projetos de driver único porque acreditam que eliminar o circuito de crossover para dividir o sinal de áudio em graves e agudos produz maior pureza sonora. O problema é que isso tem um custo, que muitas vezes é extremo. Drivers de alcance total maiores têm resposta de alta frequência desigual e dispersão extremamente pobre nos agudos. Drivers de alcance total menores, como o de 3,5 polegadas usado no alto-falante Role Audio Sampan FTL recentemente revisado aqui, podem ter uma resposta de agudos bastante suave e até uma dispersão até algo entre 5 e 7,5 kHz, para que possam soar bem – mas como as frequências ressonantes desses drivers tendem a ser 100 Hz ou mais, eles oferecem pouca ou nenhuma resposta de graves. Comparado com um tweeter decente de uma polegada, sua resposta de agudos não será tão suave e sua dispersão não será tão ampla.

Dito isso, em produtos de baixo custo, os drivers full-range às vezes são a melhor escolha. Lembro-me com carinho dos sistemas Cambridge SoundWorks baratos e de ótima sonoridade, projetados pelo lendário Henry Kloss, que apresentavam alto-falantes full-range de 2,5 ou três polegadas em gabinetes em forma de cubo, aumentados por um módulo de graves passa-banda barato, mas eficaz. Muitas vezes, aconselhei os fabricantes de barras de som de baixo preço a usar drivers únicos de alcance completo em vez de woofers e tweeters separados; a esses preços, é quase impossível encontrar um tweeter com som decente e incluir um circuito de crossover adequado.

Alto-falantes com pequenos drivers de alcance total, como o Sampan FTL ou o Kvart & Bolge Sound Sommeliers (mostrados aqui) têm seus encantos, muitas vezes oferecendo resposta bem plana e dispersão lindamente consistente dos médios mais baixos até os agudos mais baixos, o que se traduz em suave e reprodução natural da voz. No entanto, eles não soam tão arejados ou espaçosos quanto um alto-falante com um tweeter típico de uma polegada e não tocam muito alto ou fornecem muitos graves. Mas eles podem ser aumentados com um subwoofer.

Não vejo como os alto-falantes que usam drivers únicos maiores podem ser considerados produtos de alta fidelidade. Alguns audiófilos gostam deles, mas pelo que posso dizer, sua atração é mais filosófica do que musical. A resposta de frequência e as anomalias de dispersão que esses alto-falantes introduzem são fáceis de ouvir e medir; então, na minha opinião, não há como chamar seu som de natural ou neutro. Alguns desses alto-falantes adicionam um super-tweeter para uma resposta de agudos mais estendida, mas sua resposta de frequência geral ainda será áspera e sua dispersão estreita nos agudos inferiores e médios superiores.

Há também alto-falantes de painel eletrostático e magnetoplanar de gama completa, como os fabricados por MartinLogan e Magnepan, respectivamente. Estes são uma questão completamente diferente porque irradiam o som para frente e para trás, o que ajuda a neutralizar os problemas de dispersão causados ​​pelas grandes superfícies radiantes dos painéis. Muitos desses alto-falantes usam painéis curvos para ampliar sua dispersão. Eles não podem fornecer graves profundos em altos volumes ou o tipo de imagem focada que um bom alto-falante dinâmico (ou seja, cones e cúpulas) pode produzir, mas ainda muitos audiófilos e revisores consideram esses alto-falantes entre os melhores disponíveis em qualquer preço.

Alto-falantes de duas vias (woofer/tweeter)
que combinam um único woofer e um único tweeter são os mais comuns, e alguns audiófilos e revisores os consideram os melhores, muitas vezes citando a máxima "simples é melhor". Mais uma vez, essa noção não se aplica. Sim, os alto-falantes de duas vias são normalmente mais simples do que os modelos de três vias, mas essa simplicidade exige um compromisso que tende a ocorrer em frequências entre dois e quatro kHz, onde o ouvido é mais sensível.

O problema com alto-falantes de duas vias ocorre no ponto de cruzamento, a frequência em que o som é transmitido do woofer para o tweeter. Como discutimos acima, quanto maior o woofer, mais sua dispersão começa a se estreitar em frequências mais altas. Então, à medida que você vai dos médios aos agudos, a dispersão se estreita à medida que se aproxima do ponto de cruzamento, depois se abre novamente à medida que o som transita para o tweeter, que normalmente tem 1 ou 0,75 polegadas de diâmetro e, portanto, dispersa o som amplamente em a oitava superior dos agudos (entre 10 e 20 kHz).

Uma solução é usar um woofer menor, nesse caso você sacrifica a resposta dos graves. Ou você pode mover o ponto de cruzamento para baixo, para que o woofer não fique ativo em altas frequências. Mas então você começa a colocar estresse excessivo no tweeter, que provavelmente não tem área de radiação ou excursão suficiente (movimento de frente para trás) para reproduzir essas frequências mais baixas.

Obviamente, muitos designers de alto-falantes fizeram esse compromisso com sucesso porque existem inúmeros alto-falantes de duas vias que soam muito bem. Com algumas exceções, eu prefiro alto-falantes de duas vias com tweeters de uma polegada e woofers não maiores que 5,25 polegadas, com pontos de cruzamento em torno de 2,2 kHz ou mais. Obviamente, qualquer alto-falante bidirecional pode ser aumentado com um subwoofer.

Há duas exceções aqui, no entanto. A primeira é que alguns drivers de alta frequência têm resposta suficiente na faixa média para que possam ser cruzados com segurança para um woofer em uma frequência mais baixa, normalmente entre 800 Hz e 1,5 kHz. Estes incluem tweeters de chifre usando drivers de compressão (não tweeters de cúpula com um guia de onda em forma de chifre), alguns tweeters de fita e painéis eletrostáticos e magnetoplanares. É por isso que o design de duas vias funciona bem, por exemplo, em alto-falantes de corneta da JBL e Klipsch, bem como em alto-falantes eletrostáticos de duas vias da MartinLogan.

A outra exceção é que woofers grandes com baixa massa móvel e alta sensibilidade podem produzir médios com som natural e podem ser cruzados em frequências relativamente altas. Muitas vezes, o woofer terá um surround plissado (a parte que conecta o cone à cesta) em vez do surround de meio rolo mais comum. Com um desses, você pode obter um som de alcance total a partir de uma via bidirecional. Exemplos incluem os monitores profissionais JBL M2 (mostrados aqui) e os alto- falantes DeVore Fidelity Orangutan.

Três vias (woofer/midrange/tweeter)
A maioria dos designers de alto-falantes que conheço considera um design de três vias a melhor escolha geral. Um design de três vias oferece a vantagem dos alto-falantes pequenos e de alcance completo descritos acima: resposta de frequência bem plana e dispersão consistente na maior parte do alcance vocal. Isso porque os pontos de crossover geralmente ficam em torno de 300 a 600 Hz entre o woofer e o midrange e de 2,8 a quatro kHz entre o midrange e o tweeter. Você obtém a ampla dispersão de um tweeter de 1 ou 0,75 polegadas sem se preocupar com a distorção ou falha do tweeter. O designer também pode usar um woofer maior (ou dois ou três) para obter uma resposta de graves mais profunda. Um alto-falante de três vias bem projetado pode fornecer alta potência, som extremamente natural sem grandes anomalias de equilíbrio tonal e desempenho medido que está próximo do perfeito.

Isso não quer dizer que os alto-falantes de três vias sejam perfeitos em todos os sentidos. Alto-falantes que usam um driver de médio porte do mesmo tamanho ou apenas um pouco menor que o woofer são comuns; eles tocarão mais alto do que alto-falantes com drivers de médios menores, mas normalmente não oferecem essa dispersão de médios consistentemente ampla. Além disso, ouvi alguns alto-falantes de três vias onde o driver de médios foi cruzado para um grande woofer em uma frequência muito alta, o que faz com que as vozes soem anormalmente inchadas porque estão vindo de um grande woofer.

Também é difícil fazer um alto-falante de três vias a baixo custo. O projetista precisa adicionar o driver de médio porte, um gabinete interno separado para o driver de médio porte, um gabinete maior em geral e normalmente dois ou três indutores extras, dois ou três capacitores extras e um resistor extra. Multiplique o custo dessas peças extras por cinco ou seis vezes para obter o aumento no preço de varejo, depois adicione um pouco mais para um frete mais caro e você começará a entender por que existem poucos alto-falantes de três vias com preços abaixo de US $ 400 por par.

Uma variante comum do alto-falante de três vias é o alto-falante de duas vias e meia. Isso geralmente emprega um tweeter e dois ou três woofers correspondentes. O woofer mais próximo do tweeter é cruzado para o tweeter normalmente. Os woofers abaixo dele são filtrados em passa-baixo, normalmente de 300 a 800 Hz, então eles aumentam a saída de graves do woofer superior, mas principalmente ficam fora da faixa média. Se você executar todos os woofers em paralelo, cruzando-os até o tweeter, eles interferirão uns com os outros na faixa média, produzindo feixes de som verticalmente estreitos (chamados "lóbulos") em determinadas frequências. Embora os designs de duas vias e meia ofereçam mais graves do que os modelos de duas vias comparáveis, eles ainda apresentam os mesmos desafios que os alto-falantes de duas vias quando se trata de selecionar o ponto de cruzamento correto entre o woofer e o tweeter.

Quatro e mais
Quando você entra em modelos mais caros, os alto-falantes de quatro e cinco vias se tornam comuns. Na maior parte, estes são basicamente modelos de três vias com um grande woofer adicionado para graves mais profundos. Eles têm todas as vantagens dos modelos de três vias com ainda mais graves, mas a um custo mais alto. Um design de quatro vias é especialmente benéfico para alto-falantes com crossovers de primeira ordem devido às tensões que eles colocam em seus drivers.

Acabei de arranhar a superfície deste tópico aqui e encorajo você a aprender mais sobre ele lendo o LDC ou outro bom livro de referência sobre palestrantes.