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O
xis da questão está em conciliar a impedância que
o amplificador pode trabalhar com a impedância resultante da ligação
dos alto-falantes. Mas o que vem a ser impedância?
Um
dos conceitos mais básicos e, ao mesmo tempo, menos compreendido,
a impedância tem grande influência sobre o rendimento de um
sistema de áudio automotivo.
Tecnicamente,
impedância é o resultado da reatância capacitiva e
da reatância indutiva em um determinado circuito. De uma maneira
bastante resumida, impedância pode ser definida como a resistência
elétrica (medida em Ohms) de um circuito por onde passa uma corrente
alternada. Em um alto-falante essa resistência varia de acordo com
a freqüência (medida em Hz) dessa corrente elétrica.
E é justamente porque varia conforme a freqüência que
a resistência de um alto-falante chama-se impedância (e não
simplesmente resistência). Também por esse motivo você
nunca vai conseguir medir a impedância de um alto-falante apenas
usando um multímetro.
Para
medir a impedância, precisamos de, no mínimo, um gerador
de freqüência, um multímetro e cargas resistivas precisas
(fazendo uso do multímetro mede-se apenas a resistência ôhmnica
da bobina, que possui um valor próximo ao da impedância).
Com
isso podemos fazer uma pergunta: se o valor da impedância não
é fixo, como os fabricantes afirmam que um determinado alto-falante
tem impedância de 4 Ohms?
A
resposta está na curva de impedância, conforme a figura
1. Nesta figura observamos o gráfico da curva de impedância
de um alto-falante ao ar livre e notamos que existe um pico de quase 20
Ohms em 30Hz. Acima dessa freqüência a impedância tem
uma queda e estabiliza-se em 4 Ohms até uns 40Hz e, a partir disso,
passa a aumentar lentamente, mas sem chegar aos 20 dB novamente.
Agora vem o interessante: a impedância de um alto-falante é justamente o menor valor encontrado após o pico no gráfico da curva
de impedância. Observe a figura 2. Nos dois exemplos
(figuras 1 e 2) os gráficos mostram que o menor valor
de impedância do alto-falante é 4 Ohms. Isso significa que
a menor impedância que esse alto-falante vai apresentar para qualquer
amplificador será 4 Ohms. Assim, quando um fabricante diz que seu
alto-falante tem impedância de 4 Ohms, ele quer dizer que o menor
valor de impedância que o alto-falante pode apresentar é
4 Ohms.Na
prática, ou seja, nas instalações de som do dia-a-dia
você só precisa prestar atenção a esse valor
fornecido pelo fabricante para saber qual o valor da impedância
do alto-falante (a não ser que você esteja querendo disputar
um campeonato de SPL, mas isso já é outra história
que deixarei mais para frente, à medida que os artigos forem ficando
mais aprofundados).
Sabendo
o que é impedância (pelo menos, de uma forma bastante resumida),
vamos ver como a grandeza afeta a relação entre nossos alto-falantes
e nossos amplificadores. Sempre que você conectar um (ou mais) alto-falante
a um amplificador é bom saber que a impedância resultante
vai influenciar muito no rendimento desse amplificador. Quanto menor a
impedância resultante da ligação entre os alto-falantes
maior será a potência liberada pelo amplificador, desde que
o valor dessa impedância esteja de acordo com a capacidade do amplificador.
Vejam como funciona a coisa. A fórmula para cálculo de potência
é:
P = (V2/R) onde: P = Potência (no caso em watts); V = Tensão AC (em volts); R = Resistência (em Ohms).
Para
visualizarmos melhor, consideremos a figura 3. Nesta figura
temos um determinado amplificador que libera em sua saída 30 volts
de corrente alternada e está conectado a um alto-falante de 8 Ohms.
Dessa forma, a potência liberada deve ser algo em torno de 112,5
watts:
P = (302 / 8).:
P = 900 / 8.: P = 112,5 watts Se
substituirmos, entretanto, o alto-falante por um outro com uma impedância
de 4 Ohms, teremos uma diferença na potência total liberada
pelo amplificador. Analise a figura 4. Nesta figura temos
o mesmo amplificador de potência (que libera os mesmos 30 volts
AC). Só que, dessa vez, temos um alto-falante de 4 Ohms. A potência
total liberada nesse caso deve ser de aproximadamente 225 watts. Veja
o cálculo:
P = (302 / 4).:
P = 900 / 4.: P = 225 watts Diminuindo
a impedância, teremos cada vez mais potência. Isso pode fazer
você acreditar que, se colocar 1 Ohm de impedância, conseguirá
900 watts de potência do amplificador, pois fazendo o cálculo:
P = (302 / 1).:
P = 900 / 1.: P = 900 watts Mas
isso somente será possível se o amplificador puder trabalhar
com impedância de 1 Ohm. Caso contrário, você não
vai conseguir aumentar a potência (só aumenta a distorção).
Em compensação, irá provocar danos no amplificador
(vai superaquecer até acionar o sistema de proteção
ou queimar).
Digamos
que seu amplificador seja capaz de trabalhar com uma impedância
mínima de 2 Ohms por canal. Se você usar alto-falantes com
ligação que apresente uma impedância final superior
a 2 Ohms, nunca conseguirá obter a potência máxima
desse amplificador. Por outro lado, se usar alto-falantes com impedância
final inferior a 2 Ohms, vai superaquecer o amplificador e aumentar muito
o nível de distorção. Não há como fugir
disso, pois é Física pura.
De
acordo com a Lei de Ohm, se a tensão permanecer a mesma, sempre
que a potência aumenta é porque a resistência diminuiu.
E, se a resistência aumentar, a potência vai diminuir.
Assim,
para que um amplificador forneça sua potência máxima
com o mínimo de distorção sem superaquecer, é
necessário que se respeite o limite mínimo de impedância
(especificado no manual de instruções) para os canais de
saída desse amplificador.
Para
que a impedância final de uma certa quantidade de alto-falantes
tenha um valor igual ou próximo ao valor mínimo de impedância
de trabalho do seu amplificador, basta ligar os alto-falantes em série
ou em paralelo, ou ainda em série-paralelo, usando apenas o valor
de impedância que está no manual de instruções
fornecido pelo fabricante.
Ligação
em paralelo: O objetivo de se fazer uma ligação em paralelo
é o de diminuir o valor da impedância. Quanto mais alto-falantes
ligados em paralelo menor será a impedância. Para se
ligar um ou mais alto-falantes em paralelo basta unir os pólos
positivos com os pólos positivos e os negativos com os negativos,
conforme as figuras 5 e 6. O valor final da impedância
é calculado pela seguinte fórmula:
Z = 1 / [ (1/z1) + (1/z2) + ... (1/zn)]
onde: Z = impedância final z1 = z2 = zn = impedância nominal de cada alto-falante envolvido na ligação
A
partir dessa fórmula entendemos que dois alto-falantes de 4 Ohms
ligados em paralelo apresentam impedância de 2 Ohms (veja novamente
a figura 5).
Ligação
em série: O objetivo de se ligar alto-falantes em série
é aumentar o valor da impedância. Quanto mais alto-falantes
ligados em série maior será a impedância. Para se
ligar um ou mais alto-falantes em série, basta unir o pólo
positivo do primeiro alto-falante com o pólo negativo do segundo
alto-falante. Dessa forma, sobram dois pólos (um positivo e um
negativo) os quais serão ligados ao amplificador. Considere as
figuras 7 e 8. O valor final da impedância é
calculado pela seguinte fórmula:
Z = z1 + z2 + ... zn
onde: Z = impedância final z1 = z2 = zn = impedância nominal de cada alto-falante envolvido na ligação Com
essa fórmula entendemos que dois alto-falantes de 4 Ohms ligados
em série apresentam impedância de 8 ohms (veja novamente
a figura 7).
Ligação
em série-paralelo: O objetivo de se ligar falantes em série-paralelo
é aumentar a quantidade de falantes sem aumentar ou diminuir muito
o valor da impedância. Para ligar alto-falantes em série-paralelo
é necessário que haja ao menos três alto-falantes
(dois se tiverem bobina dupla), mas recomendamos que se façam ligações
em série-paralelo com quantidade maior ou igual a quatro alto-falantes,
no caso dos modelos de bobina simples, e dois, no caso dos de bobina dupla.
A figura 9 mostra a configuração da ligação
em série-paralelo. O valor final da impedância é calculado
pela união das fórmulas mencionadas. Deve-se tomar apenas
cuidado em calcular primeiro a impedância resultante das ligações
em paralelo para depois fazer a soma das ligações em série.
Por exemplo, a figura 9 apresenta uma impedância resultante
de 4 Ohms, pois:
2 falantes em paralelo-série e 2 falantes em paralelo
Z = 1 / [ (1/z1) + (1/z2)] + 1 / [ (1/z3) + (1/z4)] Z = 1 / [ (1/4) + (1/4)] + 1 / [ (1/4) + (1/4)] Z = 1 / 0.50 + 1 / 0.50 Z = 2 + 2 Z = 4 Ohms
A
partir dos três tipos de ligações entre alto-falantes
fica bem fácil extrair a máxima potência de qualquer
amplificador. Basta utilizá-lo em sua impedância mínima
de trabalho. No próximo artigo falaremos sobre alto-falantes
com bobina dupla. Não percam!
Autor: Marcello
Lacerda de Almeida, Criador do software X2 e X1, Autor do livro Som Automotivo
e Instrutor da 2FAST4U
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