DIVISOR DE FREQÜÊNCIA CAPACITIVO

DIVISOR DE FREQÜÊNCIA CAPACITIVO

PARA DRIVERS & TWEETERS, COM ATENUAÇÃO

Homero Sette Silva, Eng. Revisão 10 12 2007

A utilização correta de drivers e tweeters não só implica no uso de divisores de freqüência adequados (crossovers passivos ou ativos) como também no emprego de atenuadores, todas as vezes que esses componentes forem utilizados com alto-falantes, em um mesmo canal, ou seja, sem controles separados de volume.

Esta necessidade deve-se às diferentes sensibilidades desses dois tipos de transdutores. Como exemplo, podemos citar o alto-falante 12PW3, com 97 dB de SPL a 1 Watt/metro e o driver de compressão D205TI, que acoplado à corneta HL1425 possui uma sensibilidade de 107 dB, no eixo, também a 1 Watt/metro.

Alem de possuírem diferentes sensibilidades, uma vez que o driver é muito mais eficiente que o falante (devido à corneta que utiliza), o driver suporta muito menos potência que o alto-falante, o que é compensado, folgadamente, por sua maior eficiência.

Enquanto o 12PW3 é especificado para uma potência de 250 Watts RMS (segundo a Norma ABNT 10303), o D205TI suporta 50 Watts, caso a freqüência de corte seja igual ou superior a 1200 Hz. Devemos ressaltar que esta potência foi especificada supondo a utilização de crossover passivo, conforme a norma acima citada, e cai para aproximadamente a metade, ou seja, 25 Watts, para o caso de crossovers ativos.

Esta observação é valida para drivers e tweeters, de um modo geral, e independe do fabricante.

O Atenuador

O atenuador consiste em um resistor Ra, associado em série com o transdutor de alta freqüência (daí o índice , de high frequency), simplificadamente representado por uma resistência , geralmente sua impedância nominal. O valor da resistência total, R, será usado para o cálculo do capacitor e seu valor dependerá da atenuação desejada, conforme as equações abaixo. HHR

HRRaR=+ ; (dB)HRA20LogR⎛=⋅⎜⎝⎠

⎞⎟

; (dB)A20HRaR110⎡⎤=⋅−+⎢⎥⎢⎥⎣⎦

123456789100510152011.522.533.544.555.566.577.588.599.51005101520 ( Ra + RH ) / RH Atenuação em dB 1234567891005101520

Fig. 1 – Atenuação em dB em função de , ou seja, de (). HR/RHHRaR/R+

05101520253035051015200510152025303505101520 Ra em Ω Atenuação em dB 0510152025303505101520 4 Ω 8 Ω16 Ω

Fig. 2 – Atenuação em dB, em função de Ra, para = 4 , 8 e 16 ohms. HR

As Figs. 1 e 2 permitem que a atenuação seja obtida, em função dos valores das resistências, ou que o valor de Ra seja obtido, em função da atenuação desejada e da impedância do driver ou tweeter, sem a necessidade de se utilizar as equações fornecidas.

Nos Quadros 1 a 4 temos as seguintes opções de atenuação: 4, 7, 9 e 11 dB, respectivamente, para os drivers e tweeters profissionais da Selenium, onde representa o cociente entre a potência aplicada em um falante (em paralelo com o driver atenuado) e aquela aplicada no driver e é a potência dissipada pelo resistor de atenuação. FALDRIP/PRaP

Desse modo, se quisermos atenuar 7 dB um driver ou tweeter, com 8 ohms de impedância nominal, basta associar em série um resistor de 10 Ohms, conforme o Quadro 2. Ainda neste mesmo quadro, vemos que o falante vai receber uma potência 5 vezes maior que o driver, ou seja, se aplicarmos 200 Watts no falante, teremos 40 Watts no driver.

Para determinar a potência do resistor de atenuação vemos, no Quadro 2, que este valor será 1,25 vezes maior que a potência no drive. Logo, Watts. RaP1,25405=⋅= 0

Felizmente, na prática, por razões que não vamos aqui abordar, um resistor de potencia significativamente menor pode ser utilizado.

Em resumo, através do procedimento ilustrado, dois problemas foram resolvidos:

1 – A atenuação de 7 dB, dada pelo resistor de 10 ohms, reduziu a diferença entre as sensibilidades do driver e a do falante, que neste caso era igual a 10 db, ou seja 107 – 97, para 3 db, dada por (107 – 7) – 97, com isso evitando uma preponderância muito acentuada de graves e agudos;

2 – A atenuação de 7 dB reduziu para a quinta parte o nível de potência no driver, evitando a queima freqüente deste componente.

O Filtro

Uma vez resolvido o problema da atenuação, precisamos, agora, calcular o circuito de filtro que vai proporcionar a freqüência de corte adequada que, no caso deste exemplo, valerá 1200 Hz, conforme o Quadro 2.

Por simplicidade, vamos exemplificar com um circuito capacitivo, ou seja, um circuito passa altas com uma taxa de atenuação de 6 dB/oitava, que consiste em um único capacitor, associado em série com o driver.

No entanto, devemos enfatizar que filtros passa altas de segunda ordem, compostos por um capacitor em série e um indutor em paralelo, apresentam uma taxa de atenuação de 12 dB por oitava, ou seja, atenuam mais rapidamente as baixas freqüências, protegendo melhor o driver. Aliás, esta é a finalidade do filtro: evitar que as freqüências baixas, aplicadas no woofer, destruam o diafragma do driver devido ao excessivo deslocamento que provocariam.

O capacitor, em , será calculado através da equação abaixo: Fμ

()()()FH10000001000000C72RaRFc6,281081200μ==⋅π⋅+⋅⋅+⋅

= ,37

Onde: Ra = resistor de atenuação; = impedância nominal ; Fc = freqüência de corte. HR

Como este valor não é comercial, utilizaremos 6,8 , o que levará ao seguinte valor de Fc: Fμ

()()()HF10000001000000Fc13002RaRC6,281086,8μ==⋅π⋅+⋅⋅+⋅

= Hz

Algumas vezes, por razões práticas, somos levados a associar componentes para obtermos valores próximos do desejado.

Associando em série um resistor de 4,7 ohms, com outro de 10 ohms, obteremos um resistor equivalente de 14,7 ohms, que pode ser usado no lugar de um com 15 ohms de resistência. No caso de dois resistores de 10 ohms e 10 Watts, em série, obteremos um equivalente de 20 ohms e 20 Watts de potência (as potências também se somam).

Capacitores em paralelo seguem este mesmo principio, bastando somar seus valores individuais para encontrar o valor resultante. Assim, um capacitor de 9 uF será obtido a partir da associação em paralelo de 6,8 uF com 2,2 . Fμ

Devemos ressaltar que capacitores eletroliticos não são adequados para circuitos de áudio. No caso de valores até 6,8 , estão disponíveis em poliester, com tensão de isolamento de 250 Volts. Acima deste valor, podemos utilizar os de polipropileno, produzido por três empresas no Brasil, disponíveis mesmo em valores não comerciais. Fμ

Mas, se não houver jeito, e eletroliticos forem inevitáveis, então os não polarizados são obrigatórios. Se não estiverem disponíveis, a associação em série invertida (negativo com negativo) produz o mesmo resultado. Dois eletroliticos comuns de 47 , associados em série invertida, podem simular um eletrolítico bipolar de 22 (47/2, na realidade). FμFμ

D210Ti

O D210Ti, quando usado com filtro capacitivo (6 dB/Oitava) deve ser cortado de 2000 Hz para cima.

Como nesta região sua impedância é de aproximadamente 15 Ohms, os valores de C devem levar isto em conta.

Quadro 1 - ATENUAÇÃO = 4 dB FALDRIP/P2,= 5 RaDRIP0,6P=⋅

Modelos de 8 Ohms

Ra em Ω

C em Fμ

Fc em Hz

Produtos

2,2

5700

ST300 / ST302 / ST304

ST320 / ST322 / ST324

3,3

3800

DT150

3,3

2400

D210Ti

5,5

2,2 // 3,3

2300

D2500Ti_Nd D220Ti DH200

8

4,7 // 3,3

1500

D220Ti D205Ti

10

1250

D250 D250X D300 D305 D400

D405 D205TI D305TI D400TI D405TI D408TI D4400TI

D3300TI D3305TI

D3300TI-Nd D3305TI-Nd

4,7

14,7

10 // 4,7

850

D250 D250X D300 D305

D400 D405

Quadro 2 - ATENUAÇÃO = 7 dB FALDRIP/P=5 RaDRIP1,25P=⋅

Modelos de 8 Ohms

Ra em Ω

C em Fμ

Fc em Hz

Produtos

1,47

1 // 0,47

6000

ST300 / ST302 / ST304

ST320 / ST322 / ST324

2,2

4000

DT150

3,3

2000

D210Ti

4,7

1900

D220Ti DH200 D205Ti D2500Ti_Nd

5,6

1500

D220Ti D205Ti D2500Ti_Nd

6,8

1300

D250 D250X D300 D305 D400

D405 D205TI D305TI D400TI D405TI D408TI D4400TI

D3300TI D3305TI

D3300TI-Nd D3305TI-Nd

10

10

880

D250 D250X D300 D305

D400 D405

Quadro 3 - ATENUAÇÃO = 9 dB FALDRIP/P=8 RaDRIP2P=⋅

Modelos de 8 Ohms

Ra em Ω

C em Fμ

Fc em Hz

Produtos

1

6900

ST300 / ST302 / ST304

ST320 / ST322 / ST324

1,68

1 // 0,68

4100

DT150

2,2

2400

D210Ti

3,3

2000

D220Ti DH200 D205Ti D2500Ti_Nd

4,7

1500

D250 D250X D300 D305 D400

D405 D220Ti D205TI D305TI D400TI D405TI D408TI D4400TI

D2500Ti_Nd D3300TI D3305TI

D3300TI-Nd D3305TI-Nd

15

6,8

1000

D250 D250X D300 D305

D400 D405

Quadro 4 - ATENUAÇÃO = 11 dB FALDRIP/P1= 4 RaDRIP3P=⋅

Modelos de 8 Ohms

Ra em Ω

C em Fμ

Fc em Hz

Produtos

0,9

0,22 // 0,68

6000

ST300 / ST302 / ST304

ST320 / ST322 / ST324

1,33

4000

DT150

2,2

2000

D210Ti

2,67

2,2 // 0,47

2000

D220Ti DH200 D2500Ti_Nd

3,3

1600

D220Ti D205Ti D2500Ti_Nd

4,4

2,2 // 2,2

1200

D250 D250X D300 D305 D400

D405 D205TI D305TI D400TI D405TI D408TI D4400TI

D3300TI D3305TI

D3300TI-Nd D3305TI-Nd

22

6,8

800

D250 D250X D300 D305

D400 D405