O Lado Prático dos Filtros

Por: Fernando Cuzziol

Devido a fatores físicos e mecânicos – como o peso do conjunto móvel, rigidez da suspensão, centragem da bobina, etc – um alto falante não consegue reproduzir todas as freqüências que compõem uma música. Exemplo: um subwoofer possui um cone pesado, uma área grande, um maior volume de deslocamento de ar e, com essas características, fica impossibilitado de produzir freqüências altas e rápidas.
Quanto maior a freqüência, mais rápido e leve o conjunto do alto falante deve ser. Uma freqüência de 2000 Hz ou 2 KHz equivale a 2000 ciclos por segundo em que o cone deve deslocar do meio para frente e para trás.
Para contornarmos essas dificuldades físicas, somos obrigados a utilizar diferentes alto falantes – tanto no tamanho, quanto na sua resposta em freqüência. Na prática, cada instalador tem uma maneira de dividir a freqüência nos alto falantes, uma vez que segue uma regra simples:

Os nomes mais usados para filtros são: crossover, filtros de corte, capacitor, indutor, divisor de freqüência (entre outros),mas todos querem dizer a mesma coisa: que precisamos fazer que um alto falante responda unicamente às freqüências para que eles foram projetados. Para conseguir isso, utilizamos artifícios eletrônicos, já que um tweeter não pode receber freqüência baixa (pois corre o risco de danificar).Os filtros recebem sua classificação por ordens quanto à sua atenuação: 1º ordem, 2º, 3º,……

Sofrer uma atenuação maior quer dizer ter o corte mais rápido. Portanto, mais preciso terá de ser o filtro.
Na composição da unidade de medida do corte, usamos a nomenclatura “oitava”, que significa a metade ou o dobro da freqüência (fc). Dada uma certa freqüência fc, a próxima oitava acima será 2fc; para encontrarmos a oitava, multiplicamos por 2, então será 2*2fc = 4FC e assim por diante. Para encontrarmos a fc abaixo, dividimos a freqüência por 2; temos fc/2 e, para encontrarmos a oitava abaixo, dividimos por 2 novamente, (fc/2)/2 = FC/4.
Com base nessa teoria, temos que as oitavas acima de 1KHz são: 2KHz, 4KHz, 8KHz, 16KHz e as oitavas abaixa são: 500Hz, 250Hz, 125Hz, 62Hz.
Uma faixa audível de frequência possui 10 oitavas que são: 40, 80, 160, 320, 640, 1280, 2560, 5120, 10240, 20480. A oitava foi criada para expressar o intervalo entre as 12 notas musicais

Para saber qual a freqüência correta do alto falante, basta olhar no manual do fabricante; tendo esse valor, o corte da freqüência deve ser no mínimo uma oitava acima para que, na freqüência de ressonância, não se altere a qualidade do som.

Existem dois tipos de filtros: os ativos e os passivos. Nesse artigo, vamos comentar sobre os passivos, em outra oportunidade comentaremos sobre os ativos.
Os filtros passivos são compostos simplesmente de resistores, capacitores e indutores, ligados entre o amplificador e o alto-falante.
Os capacitores tem a propriedade de aumentar sua impedância gradativamente para valores abaixo de sua freqüência de corte, assim bloqueia as freqüências baixas, deixando passar as acima de sua fc. Para sinais de áudio por se tratar de um sinal alternado, é necessário o uso de capacitores não polarizados. Para se despolarizar um capacitor segue abaixo a seguinte regra.
Se você deseja obter um capacitor de 10uF despolarizado, faz-se o uso de dois capacitores no valor de 20uF ligados em série, onde os pólos negativos são unidos e isolados, sendo os pólos positivos são ligados no circuito.

Para indutores o cálculo segue a teoria inversa do capacitor; só que geralmente não encontramos valores comerciais que supram nossas necessidades e, assim, precisamos “enrolar” os mesmos.
Para isso escreverei um próximo artigo. O uso de um só elemento, seja um capacitor ou um indutor, compõe um filtro de 1º ordem, dois elementos de 2º ordem, e assim por diante.

Os tipos de filtragens mais comum que podemos encontrar para som automotivo são: passa baixa e passa alta.

Passa baixa (LOW PASS FILTER, LPF)

O mais simples, é composto por um indutor ou bobina em serie com o alto falante.
O indutor é composto por um fio de cobre enrolado em vários tipos de núcleos.
É expressa em Henrys (H).
A expressão matemática para se calcular a fc de um low-pass de 1º ordem é:

Na sua forma mais simples, é um capacitor em série com o alto falante.

A FC é calculada por:

A tabela abaixo de valores já calculados:

Quanto aos valores de tensão usadas nos capacitores, vai depender da potência de saída dos amplificadores.
Uma tabela que não poderia deixar de colocar é uma que reúna os filtros LPF e HPF juntos. Todos os instaladores sempre me pediram para publicar