• Lucas C. L. Falcão

Parâmetros de alto-falantes: Thiele-Small

Atualizado: 5 de Set de 2019

Quando se trata de alto-falantes, os parâmetros Thiele-Small são os mais procurados dentro de um manual técnico. Apesar de não serem muito comuns para profissionais de sonorização, arquitetos ou engenheiros, estes parâmetros são bastante procurados por profissionais do som automotivo e por entusiastas do áudio. Mas por que eles são tão procurados por uns e tão pouco conhecidos por outros? Isso nós vamos descobrir logo em breve.


Uma breve história

Figura 1: Albert N. Thiele e Richard H. Small

Os parâmetros Thiele-Small tiveram sua origem na Austrália e têm esse nome devido a dois pesquisadores: Albert Neville Thiele e Richard H. Small. O primeiro trabalho sobre estes parâmetros foi publicado por A. N. Thiele em 1961 em uma revista na Austrália, ficando mais conhecido apenas em 1971 quando foi republicado na revista da Audio Engineering Society. Logo depois, entre 1972 e 1973, R. H. Small publicou uma série de artigos estendendo o trabalho de A. N. Thiele e formando a base do que conhecemos hoje como os parâmetros Thiele-Small. É interessante lembrar que A. N. Thiele e R. H. Small foram apenas dois de vários pesquisadores que contribuíram para o que sabemos hoje sobre parâmetros Thiele-Small de alto-falantes. Outros nomes bastante relevantes foram: Harry F. Olson, J. F. Novak, Leo L. Beranek e John E. Benson - supervisor de R. H. Small durante suas pesquisas.


O que são os parâmetros Thiele-Small?

O conceito não é dos mais fáceis de entender, mas sendo bem direto ao ponto, os parâmetros Thiele-Small são um conjunto de parâmetros comumente usados para simulação da resposta em baixas frequências de alto-falantes. Isso significa que com apenas 6 parâmetros - Re, Qes, Qms, Fs, Sd e Vas - é possível simular, com razoável precisão, toda a resposta em baixas frequências de um alto-falante quando colocado em uma caixa acústica de volume Vb [1].

A principal ideia por trás dos parâmetros Thiele-Small é simular a resposta de um alto-falante a partir de um circuito elétrico equivalente com valores que podem ser facilmente derivados a partir dos seis parâmetros principais mencionados acima. Na figura 2 é possível ver um exemplo de circuito equivalente para um alto-falante. Como ele pode ser escrito de diversas formas, de modo a facilitar os cálculos, é comum que você encontre outras representações, esta é apenas uma das formas de escrevê-lo

Figura 2: Exemplo de circuito equivalente de um alto-falante [1]

Em manuais técnicos geralmente se coloca uma série de outros parâmetros como Qts, Bl e etc. Mas a maioria deles podem ser obtidos através dos 6 principais utilizando algumas fórmulas simples. Como o nosso foco não é entrar muito a fundo na questão matemática dos parâmetros, vamos seguir adiante.


Re - A resistência elétrica

A resistência elétrica é provavelmente o parâmetro mais conhecido. Este parâmetro é comumente utilizado para casamento de impedância entre amplificador e alto-falante, já que é a menor resistência elétrica que um alto-falante pode assumir ao longo de toda a sua curva de impedância. Este também é o parâmetro mais fácil de medir, apenas colocando um multímetro entre os terminais do alto-falante é possível descobrir qual o Re e assim evitar problemas de casamento de impedância.


Também é relativamente fácil de descobrir o seu valor apenas olhando para uma curva de impedância. Na figura 3 dá pra perceber que o valor mínimo de resistência elétrica assumido pelo alto-falante é aproximadamente 7 Ohms, no eixo vertical, o que também vem a ser a resistência elétrica dele se for medido utilizando um multímetro.

Figura 3: Exemplo de curva de impedância de um alto-falante [1]

Fs - A frequência de ressonância

Existe uma frequência específica chamada de Fs onde o alto-falante apresenta sua maior eficiência, ou seja, é a frequência na qual o alto-falante é mais sensível. Essa é a frequência que o alto-falante provavelmente apresentará a maior excursão, ou seja, o cone provavelmente se deslocará muito mais nesta frequência do que em outras.


A frequência de ressonância também é muitas vezes usada como um indicativo do quanto um alto-falante consegue reproduzir as frequências mais baixas. Alto-falantes concebidos para projetos de subwoofers comumente apresentam um Fs mais baixo, enquanto que alto-falantes concebidos para frequências médias geralmente têm um Fs um pouco mais alto.


É interessante saber que o Fs de um alto-falante assume aquele valor apenas enquanto está fora de uma caixa acústica, ou seja, em free-air. Quando colocado dentro de uma caixa, o Fs do alto-falante entra em ressonância com o volume de ar dentro da caixa acústica criando um outro valor de ressonância diferente do Fs medido com o alto-falante sozinho.


Qes e Qms - O amortecimento do alto-falante

Esses dois parâmetros são valores que estão intimamente ligados à capacidade do alto-falante de controlar o próprio movimento ao longo da sua resposta - principalmente na frequência de ressonância onde o deslocamento do cone atinge o seu valor máximo. O Qms é o parâmetro relacionado ao amortecimento fornecido pela centragem e borda do alto-falante (Já imaginou o cone do seu alto-falante sair voando enquanto toca? São essas duas peças que impedem isso!). Na maioria dos casos quanto maior a rigidez destas duas peças, maior o valor de Qms. O Qes, no entanto, refere-se à capacidade de amortecimento proveniente da interação entre o campo magnético gerado pelo ímã permanente do alto-falante e a corrente que circula pela bobina.


Este é um parâmetro que diz muito pouco sobre como o alto-falante se comporta, mas pode ser um indicativo sobre que tipo de caixa acústica funcionaria melhor com ele. Alguns algoritmos de softwares de simulação de caixas acústicas usam estes valores para indicar se o alto-falante é mais apropriado para uma caixa com ou sem duto.


Sd - A área total do cone

Este parâmetro é simplesmente a área total do cone. Não significa muito para nós uma vez que já sabemos o diâmetro do alto-falante, mas para cálculos de simulação este é um parâmetro que define muito sobre a resposta em frequência já que quanto maior o cone, melhor a capacidade de reproduzir baixas frequências e maior o volume de ar deslocado durante seu movimento, o que reflete enormemente na resposta em frequência.


Vas - O volume de ar equivalente

O Vas, por definição, é o volume de ar que exerce a mesma força que o sistema de amortecimento do alto-falante [1]. Este parâmetro faz mais sentido quando consideramos um alto-falante dentro de uma caixa. Se fizermos uma caixa de volume Vb = Vas e colocarmos o alto-falante dentro, a frequência de ressonância do sistema será igual a 1,41*Fs. O interessante do Vas é que ele serve como uma diretriz inicial para o volume da caixa acústica necessário para entrar em sintonia com o alto-falante. Mas calma, o Vas não é o único volume possível para uma caixa acústica e os softwares de simulação podem te ajudar nisso. Se você tiver apenas um volume reduzido ou uma caixa pronta, pode simular a resposta em um software e até mesmo testar como ficaria com diferentes formatos de duto.


Bl - O motor do alto-falante

Apesar do Bl não ser um parâmetro Thiele-Small, achamos que seria interessante colocá-lo aqui já que é um parâmetro tão importante. Sendo bem direto, o Bl é um indicativo da força do alto-falante. É como o motor de um carro, quanto maior o valor deste parâmetro, mais força terá o alto-falante. E esse aumento do valor se dá principalmente pelo aumento do fluxo magnético na bobina através do aumento do ímã do alto-falante. Esse parâmetro influencia diretamente na sensibilidade do alto-falante e como uma regra geral, quanto maior seu valor, maior a sensibilidade - se você ainda não leu o nosso artigo sobre sensibilidade de alto-falantes, clique aqui.


Provavelmente você percebeu um certo padrão enquanto leu o artigo sobre os parâmetros Thiele-Small e provavelmente também percebeu que a maioria deles não faz muito sentido se analisado isoladamente. O mais importante aqui é que estes parâmetros são um guia para a escolha de uma caixa acústica que consiga extrair o melhor do alto-falante nas baixas frequências, ou seja, que esteja sintonizada com o mesmo.


Antes de construir uma caixa é sempre importante simulá-la bem já que o mesmo alto-falante pode ter comportamentos bem diferentes quando colocado em diferentes caixas acústicas. Se você é um entusiasta do som automotivo já deve saber isso muito bem. Mas se você está começando agora e quer construir o seu próprio monitor de estúdio ou caixa para home theater - embora eu sempre recomende o uso de caixas prontas de fabricantes confiáveis - é importante saber que os softwares de simulação são seus aliados nessa empreitada.


Qual software utilizar?

Existe literalmente uma tonelada de softwares disponíveis para realizar este tipo de simulação. Dois softwares bastante conhecidos são o FINEBox e o BassBox, mas existem vários outros que podem fazer o mesmo trabalho relativamente bem. Sinta-se à vontade para usar o software que melhor se adapte à sua realidade.


Tem algum que você gosta de usar e quer recomendar pro pessoal que vai ler esse artigo? Deixa aqui nos comentários!


Apesar deste artigo ter sido tratado de maneira razoavelmente superficial, já que é um tema tão amplo, espero que tenha sido de grande ajuda para aqueles que estão iniciando no mundo do áudio e da acústica. Se este é o primeiro artigo nosso que você está lendo sobre parâmetros de alto-falantes, dá uma olhada nos nossos dois artigos anteriores clicando aqui. Eles podem te ajudar a tirar mais dúvidas sobre aqueles parâmetros que sempre aparecem nos manuais técnicos mas que você sempre fica em dúvida.


Na hora de escolher o alto-falante certo, se lembre que os parâmetros Thiele-Small sem uma simulação em um software nos dão pouquíssima pista sobre como o alto-falante vai se comportar e lembre-se também de considerar outros parâmetros como sensibilidade, índice de diretividade e resposta em frequência durante a sua escolha.


Espero que tenhamos conseguido passar um pouco mais sobre áudio para vocês e que continuem lendo nossos posts.


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Referências:

[1] BERANEK, Leo Leroy; MELLOW, Tim. Acoustics: sound fields and transducers. Academic Press, 2012.


[2] Pacific Northwest Audio Society Presentation, 2012. Disponível em: <https://vanatoo.com/pdf/pacific-northwest-audio-society-presentation---aug-9-2012.pdf>. Acesso em: Julho de 2019.

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