Subwoofer

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Um subwoofer , ou coloquialmente abreviado como sub , é um alto - falante destinado à reprodução das frequências sonoras mais baixas do espectro de áudio (chamado "baixo"), confundido por sinédoque (amálgama) com o subwoofer (também escrito subwoofer). Baixo , designando a caixa na qual esse alto-falante está incluído).

Este tipo de alto-falante está presente em um grande número de equipamentos de áudio (como nos chamados sistemas 2.1, 4.1, 5.1, 7.1, etc. , o .1 especificando um canal destinado a baixas frequências de áudio, consulte LFE , atribuído ao subwoofer) variando de sistemas multimídia para PCs a sistemas para shows de grande escala, incluindo cinema, home cinema e alta fidelidade .

História e conceito

Desde os primeiros dias de uso de alto - falantes para reproduzir som, tornou-se aparente que diferentes partes do espectro de som exigiam transdutores com características específicas, muitas vezes antagônicas. Abrindo caminho para o princípio do alto-falante acústico com dois, três ou mais canais, um canal consistindo em um alto-falante dedicado a uma parte do espectro sonoro. É a reprodução das frequências mais baixas do espectro correspondentes aos sons mais baixos que, então, colocam um problema particular. Um grande número de soluções foram propostas, mas são bloqueadas por suas interferências com a acústica das salas e, em particular, salas de dimensões reduzidas.

Ao público em geral, em 1987, a empresa Bose ofereceu então seu sistema Acoustimass AM-5 projetado para se adaptar aos equipamentos da época, este sistema reunia um único subwoofer para a reprodução de graves e dois conjuntos de pequenos alto-falantes, para o resto do espectro de som. Seu princípio baseava-se na ideia de que sons graves são praticamente impossíveis de localizar abaixo de cerca de 200 Hz . Portanto, é possível, neste registro, reproduzir os dois canais estéreo com um único alto-falante, cuja localização na sala de audição não tem efeito. Oferecendo assim uma pegada reduzida e maior flexibilidade de instalação, dois pontos essenciais para equipamentos domésticos.

Embora criticado no campo do som de alta fidelidade , seu sucesso tem impulsionado a adoção deste sistema pelo resto da indústria, inclusive para além do grande público como por exemplo no cinema, desde o final da década de 1970 a adoção deste princípio em os sistemas "LUCAS" comercializados pela empresa HK Audio . Esses sistemas são frequentemente qualificados como "trifônicos" porque usam três alto-falantes acústicos físicos (um subwoofer e dois pequenos alto-falantes geralmente chamados de "satélites" porque são inseparáveis da caixa), mas são naturalmente conjuntos que oferecem apenas reprodução estereofônica (diz 2.1). Essa tecnologia também é encontrada em sistemas de cinema em casa multicanais mais avançados (com um número de alto-falantes maior que seis).

Da filtragem passiva (adaptada aos sistemas de amplificação da época), os fabricantes mudaram para a filtragem eletrônica, o subwoofer tendo seu próprio circuito de amplificação, uma configuração predominante hoje. Com a miniaturização e a busca por uma pequena pegada em sistemas compactos, o subwoofer, bem como sua eletrônica, às vezes são integrados diretamente com os outros alto-falantes.

Faixa de freqüência de uso

Subwoofers e subwoofers são usados para as três primeiras oitavas do espectro de som, ou seja, 20 a 40 Hz , 40 a 80 Hz e 80 a 160 Hz , aqueles em que a localização de uma fonte de som é impossível ou muito insensível. Sua frequência de corte alta depende de seu design e da resposta dos alto-falantes principais, que devem substituir o restante do espectro sonoro. Obviamente, isso evita um "buraco" ou "solavanco" na resposta geral do sistema. Por exemplo, um pequeno sistema multimídia verá seu subwoofer usado em até 160 Hz, enquanto um sistema de home theater de bom tamanho apenas o usará em até 80 Hz ou menos.

Normalmente, um subwoofer será útil para frequências entre 30 e 40 Hz e sua frequência de corte alta (por filtragem), enquanto os modelos mais ambiciosos vêem sua resposta estender-se para 20 a 30 Hz .. Na prática, a maior parte da música dificilmente desce abaixo de 40 Hz, mesmo que estejamos acostumados a citar o caso de certos órgãos, a música eletrônica ou mesmo o piano. O caso parece um pouco diferente com as trilhas sonoras de certos filmes fazendo um uso importante dos efeitos sonoros (explosões, veículos rolantes ou voadores, etc. ). Alguns entusiastas procuram reproduzir as frequências mais baixas do espectro sonoro ou mesmo estender essa resposta no domínio do infra - som .

Os entusiastas às vezes desejam fazer uma distinção entre “sub-sério”, “sub-sério” e sério . Isso não faz muito sentido na medida em que todas as frequências são reproduzidas, na maioria das vezes, pelo mesmo equipamento, embora haja diferenças na percepção das frequências mais baixas. De fato, deve-se levar em conta que a noção de espectro sonoro audível (tradicionalmente 20 Hz - 20 kHz ) está longe de ser tão simples quanto parece. A audibilidade de uma frequência sonora depende muito do seu nível e não há limites claros das frequências audíveis, mas sim uma dificuldade progressiva de as perceber à medida que vai diminuindo (no caso que nos diz respeito). Assim, podem ser percebidas frequências muito inferiores a 20 Hz e foram implementados padrões relativos à medição do infra-som, conforme evidenciado por um artigo na revista Acoustique et Techniques publicado pelo INRS . Resta determinar se o equipamento disponível pode difundir o infra-som em um nível suficiente para ser audível ou sensível, o que não é adquirido (ver curvas isosônicas para mais informações).

Posicionamento do subwoofer

A escolha da localização do subwoofer na sala de audição é muito debatida. Muitas vezes com base em considerações que pouco têm a ver com uma análise científica do problema. Objetivamente, o local que oferece a melhor distribuição do nível de som na sala é o canto. Esse ponto foi perfeitamente demonstrado por Alain Pouillon-Guibert (fundador da empresa APG) em uma série de artigos na revista Sono Magazine. Conclusões semelhantes podem ser encontradas nas recomendações de alguns fabricantes de alto-falantes. Para além de uma melhor distribuição do nível na divisão, este posicionamento também permite obter um nível mais elevado e será obviamente necessário ter isso em conta durante os ajustes.

Áreas de uso

Multimídia

Multimídia, principalmente o sistema de áudio que acompanha um computador pessoal, é uma área em que o subwoofer é amplamente utilizado. Com efeito, é essencial que tal sistema permaneça compacto e que a fórmula de associação de dois pequenos satélites a um subwoofer rapidamente se consolide como sendo a única a permitir uma reprodução que se estende aos graves sem invadir o som. 'Espaço disponível. Normalmente, os sistemas disponíveis consistem em satélites de uma ou duas vias de tamanho reduzido para serem colocados na mesa e um subwoofer para ser colocado no chão, sob a mesa, onde o espaço é geralmente subutilizado. Esses sistemas são biamplificados (às vezes tri-amplificados no topo da faixa) com, obviamente, uma filtragem eletrônica entre o subwoofer e os satélites que torna possível oferecer um ajuste de nível relativo do subwoofer, a fim de adaptar a reprodução de som para a acústica do local e ao gosto do usuário. Todos os componentes eletrônicos estão alojados na caixa e os controles estão localizados em um dos satélites ou em uma caixa de controle. Alguns sistemas possuem um controle remoto infravermelho. O subwoofer geralmente usa um alto-falante de 10 a 20 cm carregado com bass-reflex. A frequência de crossover com satélites é normalmente de 120 a 160 Hz . A frequência de corte baixa (em outras palavras, a extensão da resposta de graves) é muito variável, pois varia de 30 a 80 Hz aproximadamente, dependendo das ambições do sistema.

Além dos sistemas estereofônicos, existem equipamentos multimídia multicanais. O objetivo é naturalmente restaurar trilhas sonoras de filmes (codificação Dolby Digital ou DTS), mas também oferecer som envolvente para jogos e todos os aplicativos de realidade virtual . A configuração típica é baseada em um sistema 5.1, mas os conjuntos 7.1 foram lançados por marcas como a Creative . Como as restrições de instalação aumentam com o número de alto-falantes, esses sistemas são apenas moderadamente bem-sucedidos e a maioria dos sistemas 7.1 desapareceram do mercado.

Os laptops, em que o espaço disponível para os alto-falantes é muito pequeno, costumam usar uma espécie de subwoofer em miniatura (nos agudos) para estender a resposta um pouco abaixo do espectro. Mesmo que as restrições de tamanho limitem severamente o desempenho de tal sistema, o resultado geral de som é significativamente melhorado. Esta fórmula também é usada por um bom número de equipamentos de áudio portáteis. Esses sistemas miniaturizados costumam usar processamento de sinal digital que gera harmônicos de frequência mais baixa para melhorar o resultado subjetivo.

Características dos transdutores

Este tipo de alto-falante possui um motor magnético associado a uma membrana relativamente pesada (permitindo que a frequência de ressonância seja reduzida). O projeto do motor, a rigidez da suspensão e outros parâmetros influenciarão o Fator de Qualidade Total (QTS, que está relacionado ao QMS e QES), otimizando assim o Coeficiente de Surto em função da carga (a caixa / caixa) fornecida. A sensibilidade geralmente diminui à medida que FS diminui ou QTS aumenta, a menos que o diâmetro da membrana seja aumentado para compensar. As duas principais limitações que ocorrem são:

- Limites mecânicos: à medida que o curso aumenta com a queda da frequência, os altifalantes têm um Xmax (definição variável consoante o fabricante), que determina o deslocamento onde o comportamento do altifalante permanece linear. Em seguida, vem o Xmech ou Xlimit, que é o limite de excursão física antes de atingir o fundo da bobina de voz. Fenómeno que garante a destruição rápida do altifalante caso se insista ou se o valor for largamente ultrapassado.

- Limites elétricos: a reprodução de baixas frequências requer alta potência que pode levar a um aquecimento excessivo, destruindo rapidamente o alto-falante. Como a eficiência de um alto-falante muitas vezes é inferior a 3%, a maior parte da potência absorvida é transformada em calor, daí a importância deste problema. Vários sistemas de dissipação de calor e ventilação são usados para limitar o aumento da temperatura, por exemplo, o sistema VGC ( Vented Gap Cooling ) criado pela JBL. Mas outros orifícios da aranha , as peças polares também são usadas para otimizar a dissipação de calor no coração do motor e limitar a compressão térmica.

Os diferentes tipos

Os alto- falantes subwoofer permitem um ou mais tipos de montagens possíveis que dependem principalmente do coeficiente de sobretensão total (QTS) e da frequência de ressonância (Fs):

a caixa fechada costuma ser menor do que os outros tipos de caixa (sem obter o mesmo resultado), o que é interessante no contexto de um home theater. A desvantagem é uma frequência de corte de graves relativamente alta em comparação com o mesmo alto-falante sob carga de Bass Reflex ou Bandpass; no entanto, o declive à frequência de ressonância no seu corpo (FC que irá necessariamente ser menor do que a FS) é de 2 nd ordem (isto é, -12 dB por oitava), caixas fechadas muitas vezes obter uma melhor resposta de impulso a uma velocidade baixa (a ser colocado em perspectiva quando em uma sala de estar a duração do amortecimento do som nessas frequências frequentemente ultrapassa 100 ms ), devido ao ar presente dentro da caixa agir de acordo com o princípio da suspensão acústica e limitar as excursões inoportunas da membrana em frequências muito baixas. A elasticidade do ar é quase perfeita, muito além de 1 BAR. Diante das pequenas pressões exercidas nos alto-falantes, isso é totalmente desprezível. A compressão térmica é geralmente maior do que em uma caixa Bass Reflex , isso é devido ao único pico de impedância na frequência FC, porque quando a impedância é alta a intensidade diminui e, portanto, o efeito Joule também. Sem falar que um gabinete fechado não permite a renovação do ar.

O bass-reflex é um tipo de carga muito difundido resultante do ressonador de Helmholtz. O princípio é adicionar uma ou mais aberturas à caixa calculando-as de forma que sua emissão de som venha a se somar à do alto-falante permitindo estender a largura de banda no baixo. Sua implementação é relativamente complexa, pois deve ser dado alto-falante cuidadosamente selecionado com o corpo através do respiradouro, mas as coisas se tornaram mais fáceis desde o trabalho de Thiele e Small (em) e modelagem de operação de computador.
- As aberturas permitem que o ruído passe muito facilmente, em particular as ressonâncias do gabinete.
- Uma inclinação mais acentuada após a frequência de corte do que uma caixa fechada (−24 dB / oitava )
- Resposta ao impulso menos boa do que um corpo fechado (arrasto devido ao respiradouro)

As regras da física implicam nas seguintes correlações:

para um determinado volume de invólucro e área de superfície de membrana, a redução na frequência de corte baixa implica isso em eficiência (e, portanto, em eficiência);
para uma determinada frequência e nível de som, o volume de ar deslocado é o mesmo independentemente do alto-falante, daí um maior alongamento com um alto-falante de pequeno diâmetro.

Notas e referências

Dicionário Enciclopédico do Som , Paris, Dunod ,2008, 559 p. ( ISBN 978-2-10-005979-9 ) , p. 507.
" subwoofer " , em gdt.oqlf.gouv.qc.ca (acessado em 5 de julho de 2020 )
(em) Glen Ballou , <Handbook for Sound Engineers: The New Audio Cyclopedia , SAMS1991( ISBN 0-672-22752-5 ) , p. 43.
(em) " Bose Acoustimass AM-5 " [PDF] em Bose (acessado em 7 de novembro de 2015 ) .
de reprodução das frequências mais baixas do som , na École nationale supérieure Louis-Lumière . Acessado em 10 de novembro de 2015.
Percepção de infra-som , no Núcleo de Comunicação Científica Direta . Acessado em 10 de novembro de 2015.
Alain Pouillon-Guibert, “ Como posicionar um subwoofer? " Sono Revista , n o 328,outubro de 2007, p. 86.
" Posicionamento do subwoofer " , em Focal .
Patente dos Estados Unidos (em) [PDF] no Google . Acessado em 13 de novembro de 2015.
Dicionário Enciclopédico do Som , Paris, Dunod ,2008, 559 p. ( ISBN 978-2-10-005979-9 ) , p. 221.