Sistemas Processados

Rosalfonso Bortoni.

Um guia completo e fácil sobre processamento de sistemas de áudio

Índice:

- Do início.
- Equalizando.
- Protegendo.
- Sistemas Processados.
- Caixas processadas.
- Generalidades.

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Do início...

Não podemos simplesmente falar sobre Sistemas Processados sem antes mostrarmos um pouco o porquê dos Sistemas Processados.

Partiremos do início... do ponto onde os sistemas profissionais (e até mesmo os residenciais) passaram a utilizar os chamados crossovers ativos (diz-se "ativo" quando há um circuito eletrônico energizado por uma bateria ou fonte de alimentação), que deram sua valiosa contribuição para aumentar a eficiência
e a qualidade de reprodução dos sistemas de som.

Na Figura 1 temos a representação (em sinal senoidal) de um som agudo (verde), grave (azul) e o resultado da soma dos dois (vermelho); consideraremos, também, um alto-falante de 500 watts para os graves e um driver de 125 watts para os agudos. Sendo assim, pela simples soma de potências, pressupõe-se que um amplificador de 625 watts é o suficiente para alimentar uma caixa acústica de duas vias com crossover passivo (diz-se passivo quando o circuito eletrônico não é energizado). No entanto, o sinal resultante da soma (vermelho) necessitará de um amplificador capaz de fornecer 1125 watts para que não ocorra o "clipamento" (distorção), pois o valor de pico desse sinal (soma, em vermelho) é exatamente a soma dos valores de pico dos graves e agudos (Figura 2).

Soma de Graves e Agudos

Figura 1: Representação de uma soma de sons graves e agudos.

Geralmente, o crossover passivo, que fica conectado entre o amplificador e a caixa acústica, é instalado dentro da própria caixa. Por outro lado, se separarmos os graves dos agudos antes de fazermos a amplificação em potência, necessitaremos de dois amplificadores, um de 500 watts e outro de 125 watts, que somados dão os 625 watts pressupostos inicialmente (Figura 3); e com essa "manobra" economizamos 500 watts de amplificador, ou seja 44,4% de potência! Mas na prática, de um modo geral, os amplificadores já são componentes integrantes de um sistema (com crossover passivo), e esse ganho, então, se converte em ganho de potência sonora, tornando o sistema mais eficiente [1].

Sistema Passivo

Sistema Ativo

Figura 2:
Sistema de duas vias com crossover passivo.

Figura 3:
Sistema de duas vias com crossover ativo.

Além do aumento da eficiência, há um ganho no aproveitamento dos alto-falantes e drivers devido a qualidade superior (na prática) dos crossovers ativos com relação aos passivos. Isso porque os crossovers ativos são facilmente implementados com uma taxa de atenuação de 24 dB/8ª (Figura 4, linhas internas para ganho e externas para fase) e os passivos, por questões de custos (de implementação, perdas [2,3], etc.), são viáveis com 12 dB/8ª (Figura 4, linhas externas para ganho e internas para fase). Na Figura 4 as linhas azuis são apenas as referências de 0 dB e 0° .

Comparação entre Crossovers de 12dB/8a e 24dB/8a

Figura 4: Comparação entre taxas de atenuações de 12 dB/8ª e 24 dB/8ª.

Além do melhor aproveitamento há uma maior fidelidade quanto ao resultado final, pois não ocorre o vazamento de harmônicos (para os drivers) provocados por distorções na via dos graves.

Com relação aos crossovers, podemos fazer algumas observações:

a) Para a configuração com uma atenuação de 12 dB/8ª é bastante comum a utilização de filtros tipo Butterworth [4], que apresentam na freqüência de cruzamento (freqüência de crossover, daí o nome) uma atenuação de 3 dB e um defasamento de +90° para a via dos agudos e -90° para a via dos graves (Figura 5), totalizando 180° de defasamento entre as vias e, por isso, é necessário inverter a polaridade da via dos agudos, caso contrário ocorre um cancelamento na região do corte; mesmo assim, na freqüência de corte ocorre um reforço de 3 dB (Figuras 6 e 7, em azul).

b) Para a configuração com uma atenuação de 24 dB/8ª é bastante comum a utilização de filtros tipo Linkwitz-Riley [5], que apresentam uma atenuação de 6 dB (não 3 dB) na freqüência de cruzamento e um defasamento entre as vias de 360° (+180 ° para a via dos agudos e -180° para a via dos graves, Figura 8), não necessitando da inversão de polaridade na via dos agudos (Figura 9, em azul); a maioria dos crossovers eletrônicos (ativos), analógicos ou digitais, utilizam filtros tipo Linkwitz-Riley por estes manterem a resposta plana e com defasamento zero entre vias (360°  = 0°).

Figura 5

Fig. 5: Crossover Butterworth de 12 dB/8ª.

Figura 8

Fig. 8: Crossover Linkwitz-Riley de 24 dB/8ª.

Figura 6

Fig. 6: Crossover Butterworth de 12 dB/8ª com inversão de polaridade na via dos agudos.

Figura 7

Fig. 7: Crossover Butterworth de 12 dB/8ª sem inversão de polaridade na via dos agudos.

Figura 9

Fig. 9 : Crossover Linkwitz-Riley de 24 dB/8ª sem inversão de polaridade na via dos agudos.

Clique nos gráficos para ampliá-los.

Tendo visto as características dos crossovers e, acreditamos, ficando claro as vantagens dos crossovers ativos de 24 dB/8ª , Linkwitz-Riley, passamos para a equalização.


Equalizando...

Essa equalização a que nos referimos é feita em ambiente anecóico ou semi-anecóico (câmara anecóica ou semi-anecóica), ou pelo menos em um ambiente com características conhecidas, e tem como objetivo corrigir e otimizar a resposta até então obtida com o sistema da Figura 3 (Figura 10).

Sistema Ativo com Equalização

Figura 10: Sistema de duas vias com crossover ativo e equalização.

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Nessa etapa utilizamos equalizadores paramétricos (têm ajustes de freqüência, largura de banda e ganho, Figura 11) juntamente com filtros high-pass (passa-altas) e low-pass (passa-baixas) com freqüências de cortes e Q’s ajustáveis (Figuras 12 e 13); estes últimos atuam nos extremos da banda de áudio evitando o excessivo deslocamento do cone do alto-falante (filtros high-pass) e instabilidades em altas freqüências (filtros low-pass) bem como elevadas distorções, além de corrigir a resposta do sistema [6,7,8].

Fig. 11: Possibilidades de ajustes de
um equalizador paramétrico

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Equalizador Paramétrico

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Figura 12: Variação das freqüências de corte em filtros high-pass e low-pass.

Figura 12: Variação das freqüências de corte em filtros high-pass e low-pass.
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Figura 13: Variação dos Q’s em filtros high-pass e low-pass.

Figura 13: Variação dos Q’s em filtros high-pass e low-pass.

Juntamente com a equalização devemos fazer o ajuste de fase entre as vias (Figura 14). Pelo fato das bobinas do alto-falante e do driver não estarem alinhadas verticalmente, o som de cada um chega aos nossos ouvidos em tempos diferentes, provocando cancelamentos por fase; esses cancelamentos têm o mesmo princípio do cancelamento visto anteriormente nos crossovers Butterworth de 12 dB/8ª (Figura 7). Normalmente (nos radiadores diretos [9]) o alto-falante fica à frente do driver e, consequentemente, necessita de um pequeno "atraso" (delay); se o driver estiver à frente, esse então deve ser "atrasado". O tempo de atraso é função da freqüência de corte do crossover, da velocidade do som no ar e da distância (no eixo horizontal) entre as bobinas.

Sistema ativo e equalizado com correção de fase
Figura 14: Sistema de duas vias com crossover ativo, equalização e correção de fase.

Nosso sistema já está otimizado, equalizado e corrigido em fase, mas ainda falta algum tipo de proteção.


Protegendo...

Em instante algum o alto-falante e o driver devem receber potências que excedam suas limitações (impostas pelo fabricante e dadas em manual), caso contrário ocorrerão danos irreversíveis a esses componentes; por isso devemos ter algum tipo de mecanismo que limite essa potência em valores admissíveis, por exemplo um compressor/limitador (Figura 15).

Sistema ativo e equalizado, alinhado e protegido
Figura 15: Sistema de duas vias com crossover ativo, equalização, correção de fase e compressão/limitação.

Nesse caso o compressor/limitador é colocado no sistema após todo o processamento (equalização, divisão em freqüência, correção de fase) e deve ser ajustado para atuar apenas em potência máxima (do sistema), nunca antes disso. Lembrem-se, estamos tratando de uma proteção. Dessa forma, em qualquer nível de potência (dentro das limitações), teremos um resultado fiel ao nosso trabalho e o sistema reproduzirá toda a dinâmica do programa de áudio; se o limite for atingido a proteção atuará, garantindo a integridade do sistema às custas da dinâmica do sinal. Se desejarmos mais nível de pressão sonora devemos aumentar, em conjunto, a quantidade de amplificadores e caixas acústicas [10,11], mantendo como está o resto do sistema.


Sistemas Processados...

Até então tratamos de um sistema genérico, montado com equipamentos encontrados no mercado (equalizadores, crossovers, delays, compressores, amplificadores, caixas acústicas, etc.) que pode ser experimentado a qualquer hora, bastando repetir o alinhamento (ajustes) quantas vezes forem necessárias (o que será se um dos componentes for trocado ou desajustado). Se considerarmos que nenhuma das partes do sistema será alterada (trocada ou desajustada), podemos construir um único equipamento (tipo periférico) capaz de realizar todas as funções necessárias, já que todos os ajustes foram previamente feitos e acertados, eliminando, com isso, toda e qualquer possibilidade de uma "ação curiosa" normalmente feita por "sabidos"; não nos esquecendo da minimização de conexões e falhas. A esse equipamento podemos dar o nome de Processador, e ao sistema de Processado (Figura 16).

Sistema Processado

Figura 16: Sistema Processado.
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É fundamental que a caixa acústica seja a mesma, pois os ajustes foram feitos para ela. Trocar a caixa, ou até mesmo o alto-falante ou o driver, é condenar o sistema... e além disso deve-se respeitar o limite de potência previamente estabelecido; se os amplificadores utilizados forem de maior potência, esses devem ser ajustados para, no máximo, fornecerem as máximas potências permitidas, caso contrário de nada adiantará a proteção (compressão/limitação) existente.

Para evitar essa possibilidade (de potência excessiva) surgiram sistemas com sensores instalados dentro das caixas acústicas, cuja função é monitorar a potência fornecida à caixa e "avisar" ao Processador quando a potência estiver sendo ultrapassada; o Processador, então, diminui o nível do sinal de saída daquela via (ou de ambas as vias). A esse tipo de processamento podemos dar o nome de Monitorado ou, mais comum, Assistido (Figura 17).

Sistema Processado Assistido
Figura 17: Sistema Processado e Assistido.

É interessante observar que nesse caso temos dois pares de fios indo para a caixa e pelo menos um par de fios vindo da caixa e indo ao Processador (nosso exemplo é um sistema de duas vias). Essa é uma característica de sistemas que são assistidos dessa maneira, tornando-os de fácil identificação. Não podemos, contudo, confundi-los com caixas conectadas com pares de fios em paralelo (muito comum, para aumentar a capacidade de corrente) e tão pouco sermos induzidos a pensar que um determinado sistema é assistido simplesmente por ele ter um par de fios a mais "dependurado" na caixa. Quando um sistema é realmente processado (ou processado e assistido) o fabricante faz questão de dizer e deixar bem claro o fato, dando informações precisas que constam no manual do equipamento.


Caixas Processadas...

Nos Sistemas Processados e/ou Processados e Assistidos que estamos considerando, o processamento, a amplificação e a caixa acústica são partes separadas, embora que interdependentes. Se o Processador "parar", para tudo que ele estiver "empurrando"... e isso pode significar uma via inteira ou até mesmo um P.A., além, também, de possibilitar cabos pisoteados e/ou conexões mal feitas. Isso é fato. Uma forma de eliminar algumas dessas possibilidades é embutir, na própria caixa acústica, o processador e os amplificadores de potência, tornando o sistema ainda mais confiável, pois a única conexão a ser feita é a do sinal proveniente, por exemplo, da mesa de som (Figura 18).

Caixa Processada

Em Caixas Processadas a otimização é total, pois até os amplificadores são projetados para aquele determinado alto-falante e/ou driver [12], resultando numa eletrônica enxuta e precisa.
Reconhecer uma Caixa Processada não é tão fácil quanto a um Sistema Processado ou Processado e Assistido.

Figura 18: Caixa Processada.
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Simplesmente embutir em uma caixa acústica um pré-amplificador e um amplificador de potência, não a torna, em qualquer hipótese, uma caixa processada; um processamento é feito a partir da análise cuidadosa (e posterior correção) de cada um dos tópicos mencionados anteriormente. Dessa forma, consulte o manual do equipamento e, se as informações não estiverem claras, contate o fabricante diretamente.


Generalidades...

Um sistema processado (nos referimos à caixa também) proporciona uma economia muito grande de tempo e dinheiro, se operado corretamente: é mais fácil de instalar (menos itens e conexões) e já está pronto (alinhado) para operar. Em instante algum ele interferirá em nosso trabalho se, e somente se, for utilizado com prudência (respeitando suas limitações); se desejarmos "aqueles dB’s a mais" durante uma evolução (num show), temos que prevê-los antes.

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