Compressão de potência – Parte 1

Compressão é um tema recorrente e que atrai bastante a atenção. Aqui vamos falar um pouco sobre a compressão de potência que acontece no estágio final de um sistema de sonorização que são os transdutores (alto falantes, drivers e tweeters). Também seus efeitos no desempenho do sistema de sonorização ambiente.

 

Para facilitar nossa escrita, vou generalizar transdutores como sendo apenas alto falantes.

Não é raro vermos publicidades de fabricantes de alto falantes, mostrando o quanto seus produtos suportam de potência elétrica, como se fossem torradeiras elétricas do George Foreman. Isto por que quanto mais potente for o alto falante, maior será sua capacidade ou necessidade de dissipação de calor. Também sabemos que ao falarmos de caixas acústicas ou som, de uma forma geral, a primeira pergunta que ouvimos é:

Qual a potência?

Quantos Watts?

Mas, a potência é mesmo a variável mais importante?

A fôrma para montagem da bobina de um alto falante pode ser feita de diversos materiais, entre eles kapton, alumínio, papelão, fibra de vidro etc. Cada um desses materiais suporta uma temperatura específica. Uns mais e outros menos. O alumínio apresenta bom desempenho de dissipação de calor. O fio da bobina é feito de cobre, alumínio ou ambos. Um ítem importante é o adesivo usado na fabricação dos alto falantes. Os de melhor qualidade suportam no máximo 220°C. O limite de temperatura será sempre referenciado ao elemento que suporta o menor nível de calor. A velha analogia com o elo mais fraco da corrente também se encaixa aqui.

Cada fabricante desenvolve soluções complementares para redução do calor nas bobinas de seus alto falantes, criando acessos para o fluxo de ar na peça polar e gap, aproveitando o deslocamento do cone como um abanador. Esta solução apresenta menores efeitos em alto falantes de altas frequências.

A parte magnética poderá ser de ferrite, alnico ou neodímium. Aqui temos variações de peso, custo e campo por área. No caso da bobina, a resistência do fio sobe na ordem de 0,4% a cada ºC. Como alto falantes mais potentes facilmente chegam a temperaturas maiores que 200ºC, temos um incremento de mais de 50% em sua resistência elétrica. As impedâncias nominais mais comuns dos alto falantes, para a temperatura ambiente, são de 4,8 e 16 Ohms.

Quanto mais quente, maior a resistência, menor a corrente e, por consequência, menor a potência. Se a impedância dobra com o incremento da temperatura, a potência cairá aproximadamente para a metade e, por consequência, a pressão sonora será menor. Em resumo, temos aqui a compressão de potência. Se o amplificador é capaz de fornecer mais potência e o volume aplicado aumenta para se tentar manter a pressão sonora, então a probabilidade de se obter problemas é grande.

Considerar a eficiência de um alto falante é algo muito importante. Quanto mais eficiente menor será a potência elétrica aplicada e menores serão as temperaturas dissipadas. E com menores temperaturas reduzimos os efeitos negativos nas bobinas e demais materiais.

Compressão de potência / dinâmica

Alguns defendem que a compressão dinâmica e de potência são a mesma coisa. Outros que a compressão de potência é o resultado do aquecimento da bobina e que a compressão dinâmica é o resultado da não linearidade no deslocamento do conjunto bobina/aranha/cone/borda. Este conjunto irá limitar o deslocamento do cone, no caso de excesso de sinal, e o alto falante não irá reproduzir com fidelidade o sinal elétrico aplicado. Teremos uma distorção por modulação de amplitude. Acredito que, independente do conceito, o que deve-se levar em conta é o resultado danoso do processo.

Alem da distorção por modulação da amplitude (AMD), temos a distorção por modulação da frequência (FMD). A distorção por Modulação da Amplitude está relacionada à compressão de potência pelo aquecimento da bobina e a Modulação da Frequência está relacionada às variações de fase das altas frequências, pelo efeito Doppler. Se um mesmo transdutor precisa reproduzir frequências baixas e altas, o deslocamento gerado pelas baixas frequências pode ocasionar efeitos na fase das altas frequências.

Nos deslocamentos dos diafrágmas dos transdutores, não linearidades simétricas geram distorções de terceira ordem ou outros harmônicos ímpares. Não linearidades assimétricas, geram distorções de segunda ordem ou outros harmônicos pares.
Quando a bobina sai do eixo do gap há elevado aumento da distorção harmônica.

A bobina maior que o gap apresenta menor distorção em baixos volumes. Porém em altos volumes, em que mais da metade da bobina está fora do gap, apresenta elevados níveis de distorção em harmônicos mais altos, que são claramente percebidos por nosso sistema auditivo. O que piora nossa sensação subjetiva de qualidade sonora, ou seja, baixa linearidade.

Muitas são as causas de danos nos alto falantes, entre elas excesso de temperatura, excesso de excursão, excesso de potência, onda quadrada (distorção por ceifamento da onda), sugeira no GAP, falha na cordoalha, falha nos adesivos, falha mecânica na estrutura do cone, falha na estrutura do imã, umidade etc. Vejam os resultados nas imagens abaixo.

 

Continuaremos esse assunto na parte 2 desse post!