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6 de fev de 2010

Básico Caixas Acusticas

Cálculo de caixas
Bom, finalmente você chegou a melhor parte desta apostila, vamos agora calcular algumas caixas. Abaixo serão relacionadas fórmulas para que seja possível o cálculo, mas vale ressaltar que devido a necessidade constante de se refazerem cálculos torna-se muito recomendável que se adquira um software específico para ajuda-lo. Existem excelentes freewares destinados ao cálculo de caixas acústicas. Eles calculam caixas seladas, dutadas e até band-pass. Os melhores que já usei e que recomendo foram o WINISD e o LSPCAD LITE. A vantagem destes programas consiste no fato de que você pode alterar o projeto a qualquer tempo e em "real time" observar os gráficos de desempenho. Também fazem outras análises além da resposta de freqüência, como por exemplo a importantíssima análise do XMAX (só o LPSCAD). Caso você não os encontrar nos endereços abaixo vale procura-los pela internet, pois são fáceis de achar e a ajuda é valiosa.
WINISD: http://www.linearteam.dk/
LSPCAD e outros: www.speakerbuilding.com/software/

A princípio podem parecer complicados de se trabalhar, porém após compreender os exemplos serão extremamente fáceis de mexer. Tenha em mãos também daqui para frente uma boa calculadora.
Algumas recomendações: Se uma caixa possui alto falantes diferentes, ou que toquem freqüências diferentes, estes não devem compartilhar o mesmo volume, devendo existir uma repartição interna na caixa. Exceto se o falante for selado e não tiver comunicação do seu cone com o interior da caixa, como os Tweeters e cornetas.
Para caixas Hi-fi, os alto falantes de médios que comuniquem com o interior da caixa, também devem ter seu volume separado, e de preferencia, preenchidos com material absorvente.
Formulas para projeto de uma caixa selada
Para começar o cálculo da caixa, será necessário primeiro conhecer o valor da freqüência de ressonância do sistema, ou seja, Fb. para isso, além de Fs e Qts do falante, você deve definir o valor do QTC do sistema. Volte na definição dos parâmetro caso tiver dúvidas de como definir o QTC.

(1)


O volume Vb em litros para valor do QTC escolhido será dado por:

(2)
Se o QTC que você escolheu foi 0,71 , ou seja, aquele que dá a resposta mais plana possível, o volume que você encontrará acima é o volume ótimo da caixa. Se este volume já te satisfez, deve-se conferir agora a freqüência de corte a -3dB, F3, que diz qual a menor freqüência sua caixa toca sem que se perceba redução na intensidade do som.
Se o volume calculado não for conveniente, pelo fato de ser, por exemplo, muito avantajado, podemos partir de um volume desejável e verificar se os valores de F3 e Qtc a serem calculados satisfazem as necessidades de projeto.
Note que ao diminuir o volume será aumentada a frequência de corte F3 e o valor de Qtc.
Inversamente, ao ser aumentado o volume, será diminuída a frequência de corte F3 e o valor de Qtc
A partir do volume proposto determina-se a frequência de ressonância do sistema, fb, por:

(3)

e o novo Qtc:

(4)

O novo F3 será:
(5)

Se Qtc e F3 não forem satisfatórios, deve-se repetir os cálculos utilizando-se outro valor de volume. Lembre que quando o volume aumenta, F3 e Qtc diminuem e vice-versa.
Como vimos, inicia-se o cálculo de uma caixa selada a partir de uma condição ótima (Qtc = 0,71).
Se a freqüência de corte (F3) ou volume da caixa não satisfazem, deve-se retornar e calcular novamente. Desde o início, apartir de novo Qtc, ou partindo já do volume desejado e analisando as implicações deste novo volume no resultado final.
Com um pouco de prática torna-se bastante rápido o cálculo da caixa, mas pode acontecer que por mais que se tente não se chegue a um resultado bom, isto porque o alto falante não seja indicado para se trabalhar neste tipo de caixa. Para averiguar antes de fazer os cálculos se um alto falante terá melhor rendimento em uma caixa selada ou em uma refletora de graves, use a seguinte comparação:
EBP (Efficiency Bandwidth Product) = Fs / QES
Se não existir informação para calcular o QES, use o QTS mesmo
se EBP for:
50 ou menos = selada ou Bandpass quarta ordem.
50 ou mais = dutada ou Bandpass sexta ordem.
O EBP servirá como uma referência importante para começar o projeto, mas a definição será sua, baseada em suas necessidades de projeto. Não é raro ter de se escolher outro alto falante.

Formulas para o projeto de uma caixa dutada
Estas fórmulas são mais apropriadas para alto falantes com Qts maior que 0,3 e menor que 0,8. Para valores fora desta faixa, prefira usar um software. Esta preocupação é importante porque o sonofletor tipo refletor de graves é muito mais sensível a erros de cálculo do que uma caixa selada.
Vamos iniciar pelo cálculo do volume ótimo em litros:

(6)

Este volume só será ideal se o alto falante possuir Qts próximo a 0.338. Com este valor a curva de resposta é a mais plana possível.
Se o nosso falante não possuir este valor de Qts, teremos que calcular o volume de caixa que dará maior extensão de graves e resposta mais plana possível.
Ao alterar o volume da caixa, sabemos que a curva de resposta será deformada, temos agora que ponderar o quanto esta deformação irá se desviar da referência.
O fator R pode ser calculado pela fórmula abaixo e corresponde ao valor do desvio em decibéis.

(7)

Este fator deve ser o mais próximo possível de zero, mas em virtude das outras avaliações que devemos fazer, isto nem sempre será possível. Desta forma tentamos mante-lo menor do que 3dB. Variações maiores do que esta podem ser percebidas por ouvidos mais treinados e devem ser evitadas. A não ser que seja proposital. Note que para sons de qualidade, picos na resposta de freqüência de graves podem se manifestar como um som ressonante, conhecido como "som de barril", totalmente indesejável.
Cálculo das frequências de corte e ressonância da dutada
Como na caixa selada, devemos saber qual é a freqüência de corte a -3dB , F3. E também, para que a caixa dutada realmente funcione, devemos calcular a sua freqüência de ressonância, que posteriormente nos levará ao cálculo do duto de sintonia. Somente assim a caixa irá conseguir transformar as ondas de pressão em seu interior em som pelo duto. Por isso a caixa dutada possui 3dB de vantagem sobre a selada, além do alto falante, o duto também produz som.
Freqüência de corte

(8)

e freqüência de sintonia :

(9)

Calculo do Pórtico (duto sintonizado)

O próximo passo é de suma importância, refere-se ao cálculo do diâmetro e comprimento do duto de sintonia. O correto funcionamento da caixa depende deste cálculo.
Escolha um diâmetro que seja mais fácil para você trabalhar, como um tubo de PVC, o diâmetro de uma serra copo que você tenha, etc. Somente tome o cuidado de não escolher um diâmetro muito pequeno, pois isto faria com que o ar passasse muito veloz pelo duto provocando um ruído de flauta, muito desagradável.
Para não errar no diâmetro, escolha algo próximo ao resultado desta fórmula

(10)

onde:

D = diâmetro do duto (cm).
Dfal= diâmetro do falante (cm) (meça até a metade da borda)
fb= ressonância da caixa.
Porém se a caixa trabalhar com potências baixas e o alto falante não for de "pular muito", pode-se usar diâmetros menores que o calculado acima.
comprimento do duto:

(11)

onde:
L = comprimento (cm).
d = diâmetro escolhido
Vb= volume da caixa (litros)
Fb= frequência de ressonância.
Se acontecer que o cálculo de Lv resulte em um valor negativo ou menor que a espessura do painel frontal, torna-se necessário aumentar o valor escolhido para dv. Se o valor do comprimento for igual a espessura da madeira, basta fazer um furo nesta.

Calculando as dimensões da caixa
De posse do volume da caixa, agora nos resta definir as dimensões para poder cortar a madeira e montar.
Se você estiver calculando uma caixa para dois alto falantes iguais, que tocarão juntos, proceda da seguinte forma: Calcule tudo para um só, depois construa uma caixa com o dobro do tamanho e o dobro de dutos calculados (não altere o tamanho dos dutos, só a quantidade). Coloque uma divisão no meio da caixa de modo que cada alto falante ocupe um volume. Ná prática, a maioria das pessoas retira esta divisão mas, apesar de não ser muito recomendável, funciona.
Se for uma caixa retangular o trabalho fica muito fácil. Você necessita definir primeiramente a espessura da madeira que irá usar e duas dimensões da caixa e substituir na fórmula abaixo.
Lembre-se de colocar todas dimensões em cm e volume em litros

(12)

Aqui, D1, D2 e D3 são as dimensões externas da caixa. D1 e D2 você deve colocar na fórmula, D3 será a dimensão que resta encontrar. A espessura da madeira ( E ) deve também ser colocada na fórmula
Se sua caixa for do tipo Bazooca, ou seja, em formato de cilindro basta fazer o seguinte:
Como normalmente já temos um tubo com diâmetro definido, vamos calcular o comprimento do cilindro, mas nada impede que você inverta as variáveis e resolva para o diâmetro em função do comprimento.

(13)

Onde E continua sendo a espessura da parede da caixa em cm e D, o diâmetro externo em cm
As caixas bazooca fornecem graves bem firmes e agradáveis devido a sua geometria cilíndrica que reduz as vibrações das paredes. É comum utilizar para sua construção tubos de papelão (concretubo).
Para caixas trapezoidais, mais comuns em carros:
Vamos definir a altura da caixa (h) em função do volume em litros Vb, da largura L, da base maior B e menor b.
"E" é a espessura da madeira em cm

(14)

Quando você tiver a informação do ângulo de inclinação do banco ( normalmente 70º) e altura da caixa (h), saiba que:

b = B - (h / tangente de alfa)
(15)

neste caso, calcule L em função de todo resto:

(16)



Para iniciar a construção da caixa, separe primeiramente as ferramentas que irá necessitar: Lápis, régua ou trena, serra manual ou elétrica. A serra tico-tico facilita muito o trabalho, mas exige atenção ao realizar cortes retilíneos, eles podem não sair tão retos assim. Separe também os parafusos, chave de fenda e outras ferramentas que julgar que podem ajudar seu trabalho como uma furadeira por exemplo.
Veja que mesmo que você não tenha intimidade com ferramentas e não goste de realizar o trabalho com a madeira, você já tem conhecimento suficiente para desenhar a caixa e levar a um marceneiro para que a monte para você. Normalmente o serviço não fica caro e agora você sabe o que está sendo feito.

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