Subwoofer slim Under Seat automotivo
Subwoofer slim Under Seat automotivo
(uma alternativa compacta de alta qualidade para o espaço sob o banco)
Status do projeto: Em andamento
INTRODUÇÃO
Subwoofers são alto-falantes especializados na reprodução das frequências graves e subgraves, e oferecem um reforço destas em sistemas de audio no geral. Em carros com sistema de som padrão, o sistema sonoro é, na maior parte das vezes, composto por falantes coaxiais (agudo e médio no mesmo falante), ou conjuntos 2-way (duas vias), que contam com um tweeter e um woofer seaparados - especializados em agudos e médio-graves respectivamente -, e que oferecem uma qualidade maior se comparados a soluções compactas. Independentemente de qual das duas opções equipa de fábrica o seu veículo, é seguro afirmar que, devido ao design destes dispositivos, a resposta usual do sistema se limita algo em torno de 50 a 20000Hz , com atenuação considerável abaixo dos 60Hz - justamente o início da faixa dos subgraves, que traz profundidade e a sensação de "rumble". Esta característica é chave para entender o papel do subwoofer em um sistema de som, visto que ele atua justamente na faixa entre 20 e 120Hz e preenche essa lacuna. Sistemas de alta fidelidade (Hi-Fi) valem-se de recursos acústicos (sendo um deles a aplicação estratégica de subwoofers) para contornar estas falhas e oferecer um sistema extremamente linear, com respostas coesas em frequência e possibilitar um som mais "cheio".
De forma geral, maneira mais simples de contornar o problema descrito é através de caixas acústicas bem desenhadas com dutos projetados para preencher a faixa de graves atenuada nos woofers dos sistemas 2-Way. Isto é possível pois os dutos atuam como um "segundo falante" dentro do sistema de graves, refletindo algumas frequências produzidas no verso do falante e redirecionando-as pelo duto. A depender do comprimento deste duto e do volume da caixa acústica, é possível selecionar faixas de frequência específicas, de acordo com o seu comprimento de onda, possibilitando o reforço na região de vale na resposta do conjunto. Para sistemas de audio automotivo OEM, este é um recurso pouco explorável já que as portas dos carros compõem um sistema com volume irregular, se comportando mais ou menos como uma caixa selada (closed-box), e as modificações que possibilitariam a colocação de dutos costumam ser agressivas para o design do interior. Neste sentido, a abordagem mais comum é a de colocar um conjunto especializado na produção de subgraves (como um subwoofer) em pontos estratégicos com uma boa configuração do sistema pra complementação perfeita do setup de audio. Por isso, vou inicialmente seguir esta abordagem.
Um sistema 2-Way que recebe um subwoofer sob medida ganha uma vantagem - o falante extra pode cobrir uma faixa de frequências na qual é especializado, permitindo que o 2-Way cubra somente a área na qual trabalha mais confortável. No geral, isso da um diferencial na qualidade do som escutado já que o falante trabalha com mais clareza. Como o foco do projeto é qualidade, vamos buscar a complementação dos conjuntos existentes no interior do veículo para a produção de um conjunto acústico voltado para graves. À prióri, vamos explorar o design de uma caixa acústica super compacta, do tipo Closed-box (sem duto) para trabalhar com o sistema de som OEM de um corolla 2018. O foco principal é que o falante seja discreto, produza graves de qualidade e seja uma opção viável para aproveitamento da acústica interna do veículo do arranjo interno dos falantes, buscando a experiência mais Hi-Fi possível e pelo menor valor.
DESCRIÇÃO INICIAL DO SISTEMA PREEXISTENTE
O corolla 2018 Brasileiro é usualmente equipado com uma multimídia com 4 canais de 40Wrms, um conjunto 2-way frontal e um par 6x9 no tampo traseiro do porta-malas, logo atrás da cabeça dos passageiros do banco de trás. Os falantes 6x9 são coaxiais, com resposta boa dos 40 aos 18000Hz. Os conjuntos 2-way dianteiros tem os tweeters posicionados proximo à coluna do para-brisa e o woofer posicionado na porta. Devido ao diâmetro maior do diafragma deste par 6x9, os graves são bem cheios e a qualidade geral é bem acima da média para um sistema OEM. A posição, porém, trás um drawback bem importante: devido a localização desses falantes, o som é produzido bem atrás da cabeça do passageiro e pode ser muito incômodo.
Para que os graves preencham todo o interior da cabine, não é raro aumentar o ganho destes falantes, o que torna a experiência desagradável para os individuos no banco de trás. Mesmo que o grave fique gostoso no banco da frente, o "Tuts-Tuts" está bem na cabeça dos passageiros. Neste sentido, outro ponto relevante é o deslocamento do palco sonoro para trás, o que afeta a sensação de qualidade do sistema como um todo.
Atualmente, o veículo está equipado com uma multimídia chinesa Adak Link8S DSP (610128), que oferece recursos muito interessantes. Do ponto de vista deste projeto, vamos nos ater a:
1) Adak Link8SD tem um processador digital de sinal integrado modelo AKM7604 (dai a sigla DSP) que possibilita equalização de 32 bandas na própria multimídia.
2) 4 canais amplificados independentes de 48Wrms
3) 1 Canal independente para subwoofer
4) 1 Canal estéreo para amplificador geral externo
5) Permite controle de todos os canais independentemente, possibilitando a configuração de um sistema Estéreo 5.1 (5 canais, sendo 2x2 estéreo e 1 subwoofer).
A sensação geral do arranjo atual é de que o som é muito bom, completo, com graves agradáveis no banco da frente e com qualidade de reprodução extremamente satisfatória. Por outro lado, como citado anteriormente, quando tenho passageiros atrás preciso diminuir o ganho dos falantes traseiros, o que afeta a qualidade como um todo. Os falantes de porta dinteiros são bem fracos em grave, então não da pra contornar isso com regulagem da multimídia. Pensando em complementar os graves e deslocar o palco sonoro mais para frente do veículo, seria interessante posicionar um terceiro conjunto de falantes em uma região mais frontal da cabine. Como os canais da multimídia estão populados, com exceção do canal de graves, a opção mais óbvia é adicionar um subwoofer, com ressalvas às características do sistema.
SUBWOOFER
Existem subwoofers de diferentes tipos, tamanhos e potência, cada um focado em cumprir sua função de forma específica. Para nós, duas coisas são importantes na hora de selecionar o falante: o tipo de cone/suspensão e a Frequencia de operação do falante (Fs). Falantes de cone seco costumam produzir um grave mais seco também, sendo muito fortes pra causar aquela sensação de soco na hora da batida. Ja falantes com suspensão emborrachada/fatboy são mais moles e conseguem produzir graves mais macios e profundos, criando uma sensação gostosa de profundidade. Como temos falantes que cobrem bem esta parte da batida seca (woofers e 6x9), os falantes com suspensão emborrachada seriam ideais para nós. Ja a Fs é a frequencia de melhor ganho do falante, e geralmente indica quão baixa é a frequência que ele toca de forma confortável. Então da para dizer que, para nós, quanto menor a Fs, melhor.
Quanto à caixa acústica, também existem vários tipos, cada uma com seus prós e contras. Para volume de grave, caixas dutadas se saem melhor. Para qualidade e resposta linear, caixas seladas tendem a ser mais vantajosas. Como citado anteriormente, as caixas dutadas operam com um ganho muito superior numa faixa de frequencia próxima à sintonia do duto, o que favorece esta abordagem quando queremos uma caixa com grave super forte, mas com a desvantagem de precisar do duto e de um volume interno muito maior. Por outro lado, a caixa selada é menor, mais simples e responde bem de maneira mais distribuida, o que pode ser muito vantajoso
No geral, caixas dutadas são a melhor opção para eles pois proporcionam sistemas mais potentes, presentes e com sonoridade mais interessante pensando em grave absoluto. Falantes grandes precisam movimentar grandes massas de ar, e o duto permite a seleção das faixas de frequência de maior interesse para o falante e conjunto sonoro. Contudo, esta abordagem oferece uma desvantagem importante de tamanho - um falante usual de 15 polegadas opera de forma otimizada em caixas de 32 L não-dutadas, mas precisa de 52L em caixas dutadas (quase o dobro de volume). Este é o principal motivo pelo qual geralmente se posiciona os subwoofers no porta-malas. Como o nosso objetivo é deslocar o palco sonoro para a frente do veículo, o transdutor deverá ser posicionado dentro da cabine e uma caixa de volume elevado fica fora de cogitação, principalmente pela falta de espaço para sua instalação. Assim, podemos admitir que precisamos de uma caixa de som pequena (provavelmente com um pequeno sub, talvez de 8 polegadas) e que caiba em algum espaço "morto" no carro.
O local mais comum para este tipo de abordagem que estamos propondo é embaixo dos bancos dianteiros, onde geralmente tem poucos componentes. Várias marcas oferecem caixas seladas do tipo slim, que são modelos compactos voltados justamente a instalação neste local dos veículos. Como estamos pensando em um conjunto Hi-Fi, vamos selecionar um falante e projetar a caixa para ele a fim de extrair o máximo do seu potencial para o nosso sistema em específico.
Definindo o tamanho da caixa
O espaço sob os assentos dianteiros do corolla é de aproximadamente 40x40x15cm. Quanto maior o falante, maior o volume de ar que movimenta e, consequentemente, maior precisa ser o volume de ar presente dentro do compartimento da caixa selada para o seu funcionamento ideal. Falantes de 10, 12 e 15 polegadas precisam de caixas grandes com >20L e não cabem muito bem aqui, o que nos direciona aos falantes de 8 polegadas.
No brasil, temos alguns falantes interessantes para caixas Slim. Diferente de falantes usuais, os slim são mais curtos e tem um conjunto magnético menos volumoso. Isso limita a potência máxima, mas nao é um problema pra nós.
Subwoofers interessantes disponíveis no brasil:
- JBL 8SWMS200
- Bomber 8 polegadas slim (referido no manual como Thomas KL 8" 1.47.034)
- Pioneer S-A2000LD2
Thomas KL 8" 1.47.034 (bomber slim)
| Parâmetro | Valor |
|---|---|
| Fs | 47 Hz |
| Qms | 10,1 |
| Qes | 0,71 |
| Qts | 0,66 |
| Vas | 9,6 L |
| BL | 11,8 T·m |
| Sensibilidade | 84 dB |
| Re | 4,4 Ω |
| Xmax | 6 mm |
| Sd | 214 cm² |
JBL 8SWMS200 ★
| Parâmetro | Valor |
|---|---|
| Fs | 40 Hz |
| Vas | 52,4 L |
| Qts | 0,49 |
| Re | 3,23 Ω |
| Sd | 214 cm² |
| Sensibilidade | 87 dB |
| Xmax | 7 mm |
| η₀ | 0,28 % |
Pioneer S-A2000LD2
|
|---|
Como quero um falante com alcance maior em subgraves, a melhor escolha direto é o JBL Slim de 200Wrms modelo 8SWMS200. Ele tem uma Fs de 40Hz contra 63Hz do pioneer e 47 Hz do Thomaz. Alem disso, tem perfil baixo, excursão de 7 mm e é compatível com caixas seladas de 12L.
Este é um falante de 200Wrms em 4ohms, então é compatível com modulos de 200W 4Ω ou 400W 2Ω . Tenho um amplificador JBL BR.A400-1 de 400Wrms 2Ω que usava em outro subwoofer e que se encaixa perfeitamente neste projeto, possibilitando inclusive a alimentação de 2 falantes deste que selecionei. Como temos 2 assentos dianteiros, é possível colocar uma caixa embaixo de cada assento para aumentar ainda mais o grave se julgar necessário no futuro.
Tabela de especificações do conjunto de amplificadores JBL da serie BR-A
| Característica | Valor |
|---|---|
| Modelo | JBL 8SWMS200 |
| Tipo | Subwoofer automotivo slim 8" |
| Diâmetro nominal | 203 mm (8") |
| Impedância nominal | 4 Ω |
| Potência RMS | 200 W |
| Potência pico | 400 W |
| Sensibilidade | 87 dB SPL |
| Resposta de frequência | 63 Hz – 2.284 Hz (-10 dB) |
| Frequência mínima recomendada | 40 Hz @ 12 dB/oitava |
| Cone | Celulose de fibra longa |
| Suspensão | Fat Boy alta excursão |
| Bobina móvel | 41 mm |
| Former | Poliimida |
| Fio da bobina | Cobre redondo 4 camadas |
| Material do ímã | Ferrite de bário |
| Estrutura magnética | Otimizada por FEA |
| Terminais | Push terminal |
| Diâmetro externo | 205 mm |
| Fs | 40 Hz |
| Vas | 52,4 L |
| Qts | 0,49 |
| Re | 3,23 Ω |
| Sd | 214 cm² |
| Xmax | 7 mm |
| η₀ | 0,28 % |
| Peso | 2,3 kg |
| Caixa selada recomendada | 15 L |
| Caixa dutada recomendada | 23 L |
| Duto recomendado | 7,5 cm Ø × 10,5 cm |
A suspensão emborrachada, o Vas e o Xmax deste falante fazem dele um elemento diferenciado para este projeto. A resposta dele é boa em uma caixa selada de 15L, mas podemos usar um artifício acústico para possibilitar a operação com uma caixa um pouco menor.
A prática do uso de revestimento interno na caixa é uma prática bem comum e diminui a frequencia de ressonancia do conjunto, desviando a resposta para baixo e melhorando os graves levemente. Isso acontece porque alguns "recheios", como manta acústica, poliéster siliconado, manta de fibra de vídro ou poliuretano acústico podem amortecer as ondas no interior da caixa simulando um volume interno maior. Dependendo da distribuição e da quantidade desse recheio, ele pode representar um aumento de 10 a 20% de volume virtual, ou seja, com uma caixa de 11L podemos simular 13-14L, muito proximo da caixa recomendada.
Podemos utilizar ferramentas matemáticas para calcular a resposta do falante de acordo com o Qts resultante do conjunto acústico descrito. Para nossa sorte, hoje o processo fica muito mais fácil graças a IA, então vamos usufruir.
De forma geral, como previsto, o volume virtual com poliester siliconado fica de ~13,75L, com uma Fc de 57Hz contra 11L e Fc de 63Hz sem o forro.
Contrução da caixa
A caixa selada, como o proprio nome diz, funciona da melhor maneira quando a vedação interna é bem trabalhada para evitar vazamento de ar. Nesse sentido, vamos nos atentar a utilizar cola, parafusos e vedação de silicone para deixar o compartimento o mais hermético possível. Além disso, algo que influencia muito a qualidade do som no interior do veículo é o revestimento do conjunto, sobretudo para evitar a transmissão de vibrações da caixa para a lataria, o que costuma causar ruídos que soam muito mal.
Em relação à madeira usada, optei por usar mdf pela facilidade de manuseio e custo baixo. Vale notar que o uso de chapas mais grossas aumenta o peso e melhora a rigidez e qualidade do som, enquanto que chapas menores melhoram o aproveitamento do espaço mas vibram mais. Por isso vamos usar chapas mais grossas somente em pontos estratégicos, para garantir rigidez e aproveitamento de espaço da melhor forma.
O tampo anterior, que recebe o falante, será de MDF de 15mm garantir rigidez e reduzir a vibração. Os demais serão de 9 mm. O fundo da caixa receberá um reforço interno para reduzir ao máximo qualquer vibração gerada pelo choque das ondas emitidas pelo verso do sub.
O preenchimento acústico usado será de fibra poliéster siliconada, que não é a melhor do ponto de vista acústico, mas que foi selecionada por não ser tão inflamável quanto o poliuretano, apesar de ainda ter um bom desempenho. Este material será disposto dentro da caixa sobretudo na tampa anterior e laterais, respeitando uma margem de segurança ao redor do falante - longe do respiro da bobina e das laterais do cone. O cuidado aqui é para que a fibra ocupe menos que 50% do volume interno real da caixa e fique longe de fontes de calor em potencial. Ocupando um volume >50% o efeito do preenchimento se inverte e a influência sobre o volume total visto pelo falante fica insignificante.
Vamos dar uma atenção especial ao método de conexão para garantir uma forma limpa de conectar/desconectar o falante na hora da limpeza sem comprometer a instalação ou a qualidade do seviço. Para isso, vamos usar um cabo PP, que é mais resistente que o usual, e um terminal automotivo faston com alojamento que impede conexão errada e protege a parte elétrica.
Lista de materiais
Caixa Acústica:
Subwoofer 8SWMS200 --------------------------------------1 unidade
Cabo PP 2 vias 2,5mm² --------------------------------------2 mts
Terminal conector automotivo -----------------------------1 unidade
Fibra virgem de poliester siliconado --------------------- 500 g
Cantoneiras arredondadas PVC mini ------------------- 4 pcs
Instalação:
Cabo 6mm² vermelho -----------------------------------------5 mts
Cabo 6mm² preto-----------------------------------------------2 mts
Cabo RCA estéreo com remoto embutido-----------------5 mts
Terminal olhal---------------------------------------------------2 unidades
Terminal Ilhós para 6mm²------------------------------------2 unidades
Terminal ilhós para 2,5mm²----------------------------------3unidades
Porta fusível Maxx---------------------------------------------1 unidade
Fusível Maxx 40A ----------------------------------------------1 unidade
Conduíte corrugado automotivo 7,5mm-------------------1 unidade
Rolo 5m fita isolante 3m preta-------------------------------1 unidade
Espuma anti-chamas para chicote automotivo-----------1 rolo (2m)
Continua...
para um falante JBL Slim de 200Wrms modelo 8SWMS200.
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