O que você precisa saber sobre sonorização ambiente ?

SISTEMAS DE SONORIZAÇÃO DE AMBIENTES

Algo curioso que acontece no mercado é o quando temos pessoas oferecendo o serviço de sonorização ambiente, porém sem conhecer os conceitos básicos da atividade. Isso é muito comum e muitas vezes não é por negligência, mas simplesmente por uma sincera vontade de oferecer o serviço e acreditar que certos conceitos estão certos.

Muitos acreditam que sabem o que estão fazendo, quando na verdade estão apenas seguindo uma “receita de bolo”. É só aparecer algo diferente no usual que rapidamente surgirão problemas que esta pessoa, mesmo que acreditando sinceramente conhecer do assunto, terá dificuldade enorme para solucionar.  

A primeira coisa que precisamos fazer para compreender os conceitos corretos da atividade de instalação de sistemas de sonorização é eliminar os conceitos errados que muitas vezes se tornam até vícios. É como a pessoa que dirige, mas não tem carteira de motorista. Precisa antes tirar os vícios, para depois aprender a forma correta de dirigir. Algumas vezes tirar carteira de motorista nesta situação demora mais do que a pessoa que nunca pegou em um volante.

A Sonorização de ambientes, como em lojas, escolas, hospitais, indústrias, aeroportos, portos, casas, dentre muitos outros, tem sido uma atividade sempre com demanda.

A questão é que existe muito mais gente desempenhando esta atividade de forma amadora e as vezes até de maneira irresponsável, do que de forma profissional. Isso faz com que muitas instalações gerem som distorcido, variação entre o “volume” de cada caixa, aquecimento do sistema e claro, o mais comum, queima frequente dos amplificadores. Muitas vezes a culpa cai sobre quem conserta o amplificador e não sobre a pessoa que fez a instalação incorreta.

Neste artigo não vamos dar um curso de instalação de som ambiente, mas sim, passar os conceitos básicos para que aquele que ler, terá mais noção do que fazer, entender melhor um sistema de som ambiente e ter capacidade de buscar mais informação para complementar os conhecimentos e claro poder vender equipamentos da área e realizar instalações.  

Comecemos então pelos componentes mais básicos de um sistema de sonorização ambiente:

As caixas e arandelas para som ambiente com impedâncias de 4Z ou 8Z

Percebeu o termo “Z”, deixamos apenas a letra Z, de propósito, para agora explicarmos que esta unidade de medida é o ohm.

Se você se lembrar bem o ohm é uma unidade de resistência elétrica. Porém esta unidade também pode representar outra grandeza, a impedância, que é algo diferente de resistência e vamos explicar melhor agora.

Em primeiro lugar, salvo em casos especialíssimos, um grande número de caixas não pode ser ligado diretamente à saída de um amplificador.

Para exemplificarmos, vamos pensar em um amplificador que é feito para uma impedância mínima conectada de 4Z (ohm) em cada canal. Significa que ali só podem ser conectadas diretamente duas caixas de 8Z(ohm) de impedância em cada canal, pois impedância é inversamente proporcional ao número de alto-falantes ligados em paralelo.

Neste caso teremos 8Z / 2 (alto-falantes) = 4Z, que é a impedância mínima admitida por este amplificador do exemplo.

A questão é que em um sistema de som ambiente, geralmente não são poucas caixas. As vezes são dezenas de caixas em cada canal do (dos) amplificador(es).

Sendo assim, em um sistema com 16 caixas de 8Z (ohms) por canal, teremos então se não houver transformadores para realizar o “casamento” de impedância, o resultado final de 8Z / 16 auto-falantes, que vai resultar em 0,5Z. Em outras palavras, distorção de áudio e queima do amplificador são certas.

Impedância (Z) não é o mesmo que resitência (R)

Vamos agora “desconfundir” os conceitos de impedância e resistência !

O primeiro motivo da confusão é que a unidade de medida é a mesma, ou seja, o ohm.

O segundo problema que gera a confusão é que principalmente quando falamos de autofalantes, muitos podem pegar um multímetro, posiciona-lo na escala de ohmímetro e apenas tocar as pontas de prova nos terminais do alto-falante medindo ali a resistência da bobina, que ficará em algo próximo a 6,8 ohm. Isso já gera confusão já que o valor numérico é próximo dos 8Z (ohm).

Então esqueça então que impedância não pode ser medida com ohmimetro, pois não estamos falando de resistência. Aliás é por isso que impedância é representada por Z e resistência é representada por R.

A impedância varia por exemplo com a frequência aplicada, o que significa que ela pode ser diferente em certos momentos no alto-falante, diferente a resistência que possui valor praticamente constante.

Em um autofalante de qualidade de 8ohm (Z), teremos uma resistência R em sua bobina de algo na ordem de 6,8 ohm. Quanto mais baixa for esta resistência R em relação à impedância Z, melhor será o alto-falante.

Um dado importante que é bom deixar explicado é que o alto-falante é um componente de baixo rendimento energético, ou seja, a maior parte do seu “esforço” é convertido em calor, por isso quando fornecemos muita energia para ele, se superamos sua capacidade, ele queima deixando marcas aparentes em sua bobina.

Tendo isso em mente, quando falamos que um alto-falante é de 50Wx8Z (ohm), estamos falando que se trata de um cálculo otimizado para um sinal de áudio de por exemplo 20V a 2,5 A (ampere) .

Ou seja, os Watts do alto-falante é a multiplicação de tensão nele multiplicada pela corrente submetida (20V x 2,5 A = 50W) e a impedância do alto-falante é a tensão dividida pela corrente (20/2,5 A = 8Z (ohm)).

No caso de um amplificador, podemos seguir este exemplo:

Vamos imaginar um amplificador que cada canal tem uma especificação técnica de 100W a 8Z. O que significa 100W a 8Z ?

É a energia de saída de cada canal do amplificador, submetida a um sinal senoidal (alternado) e carga artificial de 8 ohm, com o mínimo de distorção de:

28,6V e 3,5 A. Assim, 28,6V x 3,5 A = 100W e  28,6V / 3,5 A = 8Z

Indo para a prática

Tendo então nivelado os conceitos corretos usados na instalação de áudio ambiente, podemos passar para a parte prática.

A instalação de som ambiente em escritórios, shoppings, supermercados, aeroportos, rodoviárias, dentre muitos outros tipos de locais exige várias habilidades, mas a principal é a correta noção de casamento de impedâncias, que nada mais é do que ajustar a impedância de um conjunto de alto-falantes a impedância mínima admitida pelo canal de um amplificador. E para isso deve-se levar em conta fatores que vamos falar a seguir:

Comprimento de linha:

O primeiro problema a ser observado é o comprimento da linha, onde devido as distâncias, teremos a perda de sinal, o que resultará em intensidade sonora menor em cada alto-falante a medida que a distância aumenta.

A figura a seguir ilustra esta situação:

O volume no último alto-falante será bem reduzido.

Para corrigir este problema transmitimos o sinal sob alta impedância, com o uso de transformadores de linha junto a cada alto-falante e ao amplificador. Isso fará que a resistência típica dos fios que são maiores proporcionalmente ao comprimento deles, serão irrelevantes em relação à impedância dos primários dos transformadores e com isso as perdas se tornarão insignificantes, fazendo com que a intensidade de sinal em cada alto-falante seja praticamente a mesma. A próxima ilustração mostra um exemplo do que falamos de forma esquemática. 

É bom destacar mais uma vez que nas saídas do amplificador, que geralmente são de baixa impedância, deve ser instalado também um transformador para elevar a impedância até o nível desejado para o projeto.

É bom lembrar também que deve-se dimensionar o projeto, com uma impedância tal que os transformadores a serem usados sejam de medidas comerciais para evitar ser necessário mandar fabricá-los, o que elevaria o custo e pior, dificultaria a manutenção.

Não se preocupe, mais abaixo vamos mostrar como é isso na prática. Por enquanto seguiremos com a parte conceitual.

A impedância

Vamos considerar que um amplificador tenha uma impedância de saída de 4Z (ohm) em cada um de seus canais.

Isso então nos diz que não devemos ter um conjunto de alto-falantes que resultem em uma impedância menor do que a admitida por cada um dos canais do amplificador.

Se a impedância for maior, o sistema vai funcionar, mas com rendimento menor, se for menor, o sistema vai funcionar sobrecarregado, o que neste caso resulta em distorção, aquecimento e finalmente queima do amplificador.

O ideal é que a impedância dos alto-falantes estejam casadas com a admitida pelo canal do amplificador, ou seja, igual, 4Z.

As figuras a seguir ilustram isso:

                            c) Inaceitável

A impedância do sistema (conjunto de alto-falantes) deve ser maior ou igual que a da saída do amplificador

Existe uma quarta possibilidade de ligação, como no exemplo da figura a seguir, onde em um amplificador de saída de 8Z é conectado a quatro alto-falantes de 2Z ligados em série. A impedância do sistema esta casada, porém não é possível o ajuste individual de cada alto-falante se houver necessidade e claro, se um parar de funcionar, todo o sistema para.

Os transformadores neste caso permitem o casamento das impedâncias dos alto-falantes usados em função de sua quantidade com a impedância de saída do amplificador.

A prática

Bom, vimos que há dois problemas básicos na montagem de um sistema de som ambiente: a distância (distribuição uniforme do som) e o casamento de impedâncias.

Para isso há basicamente 4 sistemas diferentes de distribuição de som, ao qual vamos falar sobre eles a seguir.

1 – Linha direta de 8Z (ohm)

Na figura abaixo, podemos observar como os transformadores podem ser usados neste sistema que é recomendado para pequenas distâncias (entre 30 e 40 metros)

Se por exemplo tivermos cinco alto-falantes usaremos cinco transformadores em que o primário tenha 40Z e o secundário, conforme o alto-falante (8Z por exemplo).

Cada transformador possui uma impedância nominal, muito maior que a resistência que o cabo oferece, o que faz com que as perdas sejam mínimas.

Já os cinco transformadores ligados em paralelo oferecem uma impedância resultante de 8Z, exatamente a impedância da saída do amplificador, havendo então o casamento da impedância.

No entanto, se considerarmos que a impedância não precisa ser exata, neste sistema com estes transformadores específicos, podemos ter de 4 a 7 alto-falantes.

Se usarmos transformadores de 80Z (ohm), poderemos então alimentar entre 8 e 12 alto-falantes, como mostra a figura a seguir:

Seguindo a lógica, com 120Z de primário nos transformadores, agora são de 13 a 17 alto falantes por linha, ou canal do amplificador.

b) A linha de 70 V

A vantagem deste sistema é a possibilidade de fazer sonorização a distâncias de até 80 metros em média.

Neste sistema é ligado na saída do canal do amplificador um transformador que faz a impedância de saída que é de 8Z por exemplo, subir para um valor que para efeito de cálculo corresponde a 70 volts.

Depois basta em cada alto-falante ligar um transformador que recebe os “70V” e os converte novamente em 8Z.  É bom lembrar que deve-se escolher o tipo apropriado de transformador não permitindo que a potencia somada destes transformadores não superem a potência de saída disponível em cada canal do amplificador.

A seguir temos uma figura ilustrando isso.

Devemos tomar cuidado de não deixar que a potência total dos alto-falantes superarem a de cada canal do amplificador.

Neste sistema, como nos demais a seguir deve-se usar transformadores que resistam a potencia total circulante e que haja isolamento, pois neste tipo de instalação podem ocorrer choques elétricos.

Neste tipo de sistema tem também uma outra curiosidade importante e muito útil que é a possibilidade de ligar alto-falantes de potências diferentes de acordo com a necessidade do ambiente.

c) A linha de 200V, (já se usou muito o termo 210V).

Este sistema tem as mesmas características que o anterior bem como comportamento, sendo que os cuidados são os mesmos, com atenção especial ao isolamento, pois neste caso estamos falando da possibilidade de choques bem mais fortes.

Como a impedância do sistema é bem mais alta, podemos ter instalações muito mais longas chegando à ordem de centena de metros de cabos.

A figura a seguir ilustra este sistema:

d) A linha de 500V

Segue-se a mesma lógica que do sistema anterior, porém com transformador troco com saída de 500Z, o que irá permitir alcances realmente grandes. Os cuidados são os mesmos que nos dois sistemas anteriores.

Uma informação importante que vale para todos os sistemas é a distribuição de potência que será feita de acordo com o número de pontos. Se temos um amplificador de 100W e dez pontos, teremos 10W em cada ponto, sendo assim, os transformadores devem ser capazes de resistirem a esta potencia como também os alto-falantes.

Uma possibilidade bem interessante na montagem de um sistema de sonorização é a inclusão de um ajuste individual em cada caixa com a instalação de um potenciômetro de fio, caso a caixa ou alto-falante não possua um ajuste pré-instalado. A figura a seguir mostra como isso é feito através de um esquema.

Concluindo

Sonorização ambiente não é apenas esticar fios e ligar caixas acústicas ou arandelas, é muito mais que isso e sim, devemos levar em conta inúmeros fatores como os discutidos neste artigo, para dimensionar corretamente o sistema e oferecer um som claro, fiel além de um sistema durável que dificilmente precisará de manutenção reparatória.

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Uma informação importante, os esquemas elétricos e parte do conhecimento foram obtidos de Nelton C. Braga, conhecido editor e professor da área de eletrônica no Brasil: http://www.newtoncbraga.com.br .