POUCA POTÊNCIA OU A DISTORÇÃO QUEIMA ALTO FALANTE?

POUCA POTÊNCIA OU A DISTORÇÃO QUEIMA ALTO FALANTE? 

SÍNTESE SONORA & ELETRÔNICA ARTESANAL

Qual seria a causa verdadeira e correta?
A relação Alto Falante x Amplificador de saída: os mitos, cacoete e teorias erráticas desmistificadas…

Bobina solta da membrana:
Esse problema ocorre quando o nível de potência do amplificador é excedido (Clipping ), gerando a onda quadrada. Sob estas condições, a bobina gera muito calor e não tem nenhuma excursão coerente para a dissipação de calor da bobina, carbonizando-a.

Bobina queimada com enrolamento soltos no topo:
Problema causado quando o alto-falante é submetido a um nível muito alto de distorção causando a queima do verniz e a armação da bobina, comprometendo a estrutura do mesmo e soltando o enrolamento do carretel.

Dados importantes para nossa análise:

    • O que significa a potência de um alto-falante?

A potência especificada para um alto-falante é a potência que ele suporta sem danos, e não deve ser confundida com a intensidade de som que ele fornece. Portanto um alto-falante de 50 watts significa apenas que ele pode receber até 50 watts sem queimar.

    • Do que depende a potência do alto-falante?

A potência que um alto-falante suporta é, geralmente, determinada pela máxima temperatura que sua bobina móvel pode suportar sem queimar. Esta temperatura depende dos materiais empregados na fabricação da bobina, e principalmente do seu tamanho. É por isto que alto-falantes de grande potência, utilizam bobinas móveis de grande diâmetro.

    • Então quem gera a potência elétrica?

Quem gera e fornece a potência elétrica é o amplificador de POTÊNCIA. A potência elétrica máxima que um  amplificador pode fornecer ao alto-falante depende de sua construção e da impedância do alto-falante. Não depende da potência do alto-falante. Assim um amplificador de 100 w RMS, fornecerá 100 w RMS tanto a um alto-falante de 100 w como a um de 1000 w. Portanto, o fato de usarmos um alto-falante de potência maior, não nos trará nenhum acréscimo de intensidade sonora, podendo muito provavelmente ocorrer o inverso.

    • Qual deve então ser a regra que devemos seguir?
Em primeiro lugar, não devemos usar um alto-falante com potência menor do que o amplificador ao qual ele será ligado, porque com isso estaremos sobrecarregando-o, podendo até provocar sua queima.

Quando ligamos mais do que um alto-falante ao amplificador, a soma das potências dos alto-falantes deve ser maior do que a potência do amplificador.

Por outro lado, usar um alto-falante com potência muito maior do que o amplificador , não trará nenhuma vantagem, e pode ser até desvantajoso. Isto porque um alto-falante mais potente, devido a possuir uma bobina móvel grande e um cone pesado, pode apresentar um SPL menor, o que resultará numa emissão sonora mais fraca.


    • NOTA: Observamos  disso que : existem parâmetros do alto-falante muito mais importantes do que a potência, tais como o SPL, a faixa de frequências, a distorção, etc. Alto-falantes não são dispositivos simples como lâmpadas e como tal não podem ser descritos apenas por um simples número.


SOBRE A DISTORÇÃO:

A grande responsável por queima de falantes é a distorção e não a potência. Problema causado quando o alto-falante é submetido a um nível muito alto de distorção ocasionando a queima do verniz da bobina, comprometendo a estrutura da bobina e soltando o enrolamento do GAP.
Neste trecho, explicamos de forma resumida, para estudantes e amadores, o que é a distorção e de que modo podemos eliminá-la ou pelo menos reduzi-la.

Por que os amplificadores distorcem? 

O amplificador ideal não deve introduzir nenhuma forma de alteração no sinal que deve ser ampliado. Um sinal senoidal puro na entrada deve corresponder a um sinal senoidal exatamente igual na saída.
Outras formas de onda, como as mais complexas que correspondem à voz ou à música devem ser trabalhadas do mesmo modo.

Entretanto, por diversos motivos, pequenas alterações (e às vezes até grandes) são introduzidas no sinal que deve ser ampliado, resultando em deformações da forma de onda que denominamos distorção.

Estas alterações se traduzem de diversas formas, como, por exemplo, num soar diferente do original para quem ouve, ou em sons de timbre desagradável.

O que é a distorção e como ela afeta a qualidade dos sistemas de som? 

As próprias características dos circuitos eletrônicos é que se responsabilizam por parte das distorções que podem ser notadas. Quanto menor for a distorção maior será a fidelidade de reprodução de um sistema de som.

Neste ponto alertamos os leitores que a qualidade de um sistema de som deve ser dada em função da fidelidade que ele apresenta e não em função da potência (número de watts) como muitos pensam.
Um potente amplificador de 200 ou 300 watts pode ter um som muito pior do que um pequeno amplificador de 5 ou 10 watts e a diferença pode estar na fidelidade.

O amplificador potente apresentando uma alta taxa de distorção não terá a mesma qualidade do pequeno amplificador mas de reduzida taxa de distorção.

Que tipos de distorções podem ser introduzidas pelos circuitos eletrônicos? 

Distorção por linearidade (Clipping ou  SATURAÇÃO)

Um amplificador ideal deve ter uma resposta linear à variação da intensidade de sinal.
Se um sinal que varia de 0 a 0,1 mV na entrada produz uma variação da saída de 1 volt, no amplificador ideal, a variação de 0,9 a 1 mV (num nível mais alto portanto) deve também produzir uma variação de saída de 9 a 10 volts, que corresponde a 1 V também.
Em suma, em qualquer ponto da faixa de tensões de entrada, uma mesma variação corresponde a igual da tensão de saída.

IMPORTANTE a tensão de saída de um amplificador esta limitada a sua tensão de alimentação, se a tensão de alimentação é 30 volts ele não ira ultrapassar esse valor em hipótese alguma em sua saída(não adianta aumentar o ganho de entrada ou aumentar o volume) .Assim quando chegar nesse limite o sinal é cortado , achatado ou saturado e permanece assim ate que fique abaixo do limite suportado.

Resumidamente  se o sinal de entrada ultrapassar certo valor, a tensão de saída não o acompanhará, pois terá chegado ao máximo. Temos então a saturação .

Quando o amplificador "satura’',' a deformação do sinal é grande, resultando numa reprodução desagradável. Deformando a sinal de entrada ,que se assemelha a uma onda quadrada que antes era senoidal por exemplo .

É a principal causa de queima de alto-falantes e amplificadores.

Outras distorções secundarias seguem abaixo…

Distorção Harmônica
Um dos resultados da não linearidade de um amplificador é a distorção harmônica.
Um sinal senoidal puro tem uma frequência bem definida. Entretanto, um sinal cuja forma de onda não seja a senoide, pode ser analisado como a combinação de sinais de frequências que sejam múltiplas do seu valor fundamental (Fourier). Estes sinais múltiplos são denominados “harmônicas”.
Como todas as frequências harmônicas são importantes para se obter o sinal com sua forma de onda original amplificado, e como existe um limite para o valor que o amplificador pode trabalhar, as frequências mais altas podem ser cortadas.

O resultado é que, por estes cortes, não temos a recomposição do sinal original, ocorrendo pois uma distorção.

Se tomarmos um sinal de determinada frequência e o decompormos em suas componentes (fundamental e harmônicas), podemos estabelecer quanto em porcentagem corresponde cada uma.
Somando as componentes que podem passar pelo amplificador e portanto ser reproduzidas na saída, temos a taxa de fidelidade. Subtraindo este valor de 100% temos “o que falta” e, portanto, a taxa de distorção harmônica.

Assim, se um amplificador deixar passar 99,5% das componentes do sinal de uma certa frequência (tomada como padrão) sobram 0,5% que correspondem à taxa de distorção harmônica total ou abreviadamente THD.

O ouvido pode perceber distorções a partir de 1%,o que significa que valores inferiores a este são perfeitamente toleráveis nos amplificadores comerciais.
É importante observar que esta taxa varia conforme a intensidade do sinal e portanto a potência de saída. Abrindo todo o volume de um amplificador, a potência aumenta, mas também aumenta a taxa de distorção.

Esta distorção nos picos de potência é que nos faz comprar amplificadores com potências sempre um pouco maiores do que aquela que necessitamos para uma audição normal.
Se precisamos de 20 watts para um ambiente com bom volume sonoro, optamos por um amplificador com um pouco mais, para que não precisemos em ocasião nenhuma usá-lo no máximo, quando a taxa de distorção é maior.

Distorção por intermodulação
Quando sinais de frequências diferentes são aplicados à entrada de um amplificador, eles se “combinam” resultando em diversos outros sinais de frequências diferentes.
Assim, se um sinal de 500 Hz e um de 700 Hz for aplicado à entrada de um amplificador, aparecem sinais que correspondem à soma e diferença das frequências.

Além disso, temos as harmônicas, que como já vimos, influem na obtenção do sinal original na saída.
Pois bem, estes sinais soma e diferença são amplificados junto com os sinais originais ,aparecendo na saída de forma a deformar o sinal original.

Distorção de Frequência
Este tipo de distorção se manifesta quando o sistema amplificador reforça ou elimina sinais de determinadas frequências.

Podemos verificar este tipo de distorção simplesmente analisando a curva de respostar de um amplificador.

O amplificador ideal deve ter uma resposta linear na faixa de frequências em que trabalha. Na prática, entretanto, ocorrem pequenas variações que significam reforços ou atenuações de determinadas frequências e que consistem em uma distorção de frequência.
Estas distorções são devidas à presença de circuitos RC, RL e mesmo LC que “sintonizam” certas frequências reforçando-as ou atenuando-as de modo seletivo.

Quanto mais próxima da resposta plana for a apresentada por um amplificador, melhor ele será.

Distorção de Fase
Este tipo de distorção ocorre quando o ângulo de fase entre a frequência fundamental do sinal amplificado e qualquer de suas harmônicas muda, ou ainda quando na reprodução, o ângulo de fase entre sinais de frequências diferentes é alterado.

O motivo é o mesmo do caso anterior.
Devido à presença de circuitos dotados de capacitores e indutores em conjunto com resistores, pode ocorrer uma alteração seletiva das fases dos sinais conforme sua frequência chegando mesmo a haver o corte de certas frequências.

Se a distorção ocorresse de maneira linear, ou seja, a alteração de fase fosse a mesma em todo o espectro, nada seria percebido mas na prática não é isso que ocorre.

Distorção Transiente
Este tipo de distorção se manifesta no sistema de reprodução, isto é, normalmente no alto-falante ou fone de ouvido.
Se pulsos de curta duração devem ser reproduzidos, estes dão origem à oscilações amortecidas no alto-falante ou fone, em vista de suas características mecânicas.

Em suma, um pulso único pode, na reprodução, resultar num trem de pulsos amortecidos.
Veja então que uma forma de onda que originalmente tem apenas uma subida rápida e que, portanto, corresponde a um transiente, aparece na reprodução com uma oscilação amortecida de forma de onda completamente diferente.

Conclusão
Todos estes tipos de distorção prejudicam a qualidade de som de um sistema.
Algumas são inerentes ao próprio equipamento enquanto outras dependem da forma com ele é usado.
O fato é que, na aquisição de um amplificador ou sistema de som, é muito importante estudar as suas características de fidelidade, muito mais que se preocupar com a potência.

A potência total nem sempre você usa, pois somente quando todo o volume é aberto é que um amplificador dá sua potência máxima, mas a fidelidade total você precisa sempre, quer seja nas mínimas potências, de fração de watt quando emprega o fone, quer seja no máximo quando você dá uma festa.

Cuidado, pois! Aprenda a dar valor à fidelidade de um sistema como qualidade principal.
A potência vem depois.

A VERDADEIRA RAZÃO desta pesquisa é!

Clipping nos amplificadores e a reação dos alto-falantes...

As principais consequências de ter um amplificador ‘clipando’ são indicados por um alto nível de distorção sonora o que agride, e muito, os nossos ouvidos e sem contar que é o fator primordial para queima de drivers, tweeters e alto-falantes de um sistema de áudio.

As distorções sonoras todos conseguimos ouvir dentro da normalidade auditiva, pois incomoda muito, mas a mudança da senoide (onda com extremos arredondados) para onda quadrada nem sempre é notada, pois acontece nos alto-falantes, drivers e tweeters e não pode ser visto a olho nu.
De um modo não muito rigoroso pode-se dizer que, quanto mais o sinal se parece com uma senoide, menos potência RMS ele desenvolve, e quanto mais o sinal se aproxima de uma onda quadrada maior será a potência RMS aplicada no alto-falante.

Uma situação mais perigosa acontece quando o amplificador começa a distorcer severamente, ou “clipa”; geralmente esse processo se segue por um led de aviso de “clip”. Em amplificadores com qualidade e respeitando as normas mundiais, esse aviso começa a piscar com 5% de THD, Total Harmonic Distortion (Distorção Harmonica Total) o chamado SOFT CLIPPING.

Isso soa como um aviso de que a onda está deixando de ser arredondada em suas extremidades. Quanto maior o volume de áudio menos arredondada a onda e, claro, maior o nível de THD, ou seja, de distorção. Quando o led fica aceso o THD está em torno de 20%, o chamado HARD CLIPPING, aí sim o aviso passa a ser alarmante e a queima dos alto-falantes, drivers e tweeter expostos a distorção é certa. Veja abaixo um exemplo de como funciona no gráfico:

Alimentação +Vcc, corrente contínua fase positiva, medida em Volts
Alimentação -Vcc, corrente contínua fase negativa, medida em Volts

A alternância dos sinais acima é o que gera o sinal de áudio que ouvimos no sistema de áudio.
Na linha azul temos um sinal de entrada geralmente fornecido por um equipamento de mídia, por exemplo: CD ou DVD entre outros. Observe que é uma onda bem arredondada chamada de senoide.
Na linha verde, perceba que a mesma foi amplificada, com auxílio de um amplificador. No caso, a mesma ganhou potência e aumentou, como podemos ver no gráfico. É aí que queríamos chegar. Já falamos acima sobre onda quadrada certo...

Mas vamos explicar o que acontece com o alto-falante quando chega nessa amplitude linear. Como podemos ver na linha verde, é muito simples, ele para por instantes imperceptíveis por nós.

Quando estamos ouvindo som o alto-falante excursiona diversas vezes por segundo e é esse fato que faz com que ele se refrigere internamente. Quando atingimos o ponto de distorção sonora o sinal fica menos arredondado como já foi dito e é aí que a temperatura de trabalho do falante começa a subir, prejudicando o componente e a qualidade do sinal que nada mais é que o HARD CLIPPING. É nesse momento que o falante para de excursionar por alguns instantes, algo muito rápido que só pode ser medido em m/s (mile/segundos), mas o suficiente para o aumento expressivo do conjunto e a queima da bobina. Neste caso não tem como se confundir, a bobina fica preta e muitas vezes até se funde de tanto calor.

Assista essa aula muito esclarecedora!

Entenda como um sinal AC pode saturar em um amplificador. O que acontece com a forma de onda? 

Relação de Potência Alto Falantes x Módulo Amplificador | Causas de Queima e impedância

CORRIJA esta afirmativa errática :POUCA POTÊNCIA QUEIMA ALTO FALANTE?

Aqui está desmistificado a ideia de que um amplificador de potência menor queima um alto-falante de potência igual ou superior, mas sim a falta de dimensionamento do sistema: onde a causa real é o excesso de sinal na entrada do amplificador ,além do limite suportado que provoca o clipping na saída por falta de tensão de alimentação do sistema, resultando em deformação do sinal que termina por queimar os alto-falantes.

Clipping, ou ceifamento, é a saturação de um sinal por excesso de ganho da amplificação. Assim, por exemplo um sinal senoidal tem suas pontas ceifadas na amplificação e o sinal resultante se aproxima de uma onda quadrada. Esta distorção é a principal causa de queima de bobinas de alto-falantes.

Evitando o Clipping:a maneira mais simples de evitar o clipping é reduzir o nível do sinal. 

Alternativamente, o sistema pode ser melhorado para suportar um nível de sinal mais alto sem saturar.Um limitador pode ser usado para dinamicamente reduzir os níveis das partes altas de um sinal .Um atenuador simples e  linear como um potenciômetro de ganho ou volume ligado na entrada do amplificador pode fazer a diferença…

NOVAMENTE!

O QUE QUEIMA UM ALTO-FALANTE E A DISTORÇÃO CAUSADA PELO EXCESSO DE SINAL DE ENTRA E FALTA DE TENSÃO DE ALIMENTAÇÃO ,insuficiente para NÍVEL DE AMPLIFICAÇÃO desejada! 
Então o problema é Tensão e não potência!

MATERIAL DE APOIO:
Eu resumi, misturei ou utilizei informação destas fontes. Por isso agradeço a eles por dividir seu conhecimento. Pode alguma coisa não estar correta, por favor, fique à vontade para me ajudar a melhorar.

https://pt.wikipedia.org/wiki/Clipping_(eletr%C3%B4nica)
https://www.youtube.com/watch?v=vBhfzabbo-8
http://revistaautomotivo.com.br/auto/clipping-dos-amplificadores-o-vilao-dos-alto-falantes/
http://www.bravox.com.br/?url=alto-falante-potencia-eletrica
https://www.altovolumen.com/notas-tecnicas/parlantes-problemas-no-cubiertos-por-la-garantia/