Parámetros Thiele-Small by Eduardo Sacerdoti

Son una serie de parámetros que describen el funcionamiento de un altoparlante a bajo nivel y son escenciales para el diseño de gabinetes acústicos. Llevan su nombre en base a sus creadores A. Neville Thiele y Richard H. Small. Especifican el funcionamiento del altoparlante como si fuese un filtro eléctrico, es decir que analizan un dispositivo electro-mecano-acústico como un filtro meramente eléctrico, esto es posible debido a que existen analogías entre estos sistemas y sus componentes. De esta manera cualquier circuito resonante, ya sea eléctrico, mecánico o acústico se comportan de manera equivalente. Esto es importante debido a que un altoparlante presenta una resonancia mecánica en bajas frecuencias y que un gabinete ventilado es un resonador acústico.

A través de los parámetros T-S es posible predecir el funcionamiento de determinado altoparlante en un gabinete, principalmente la respuesta en frecuencia pero también la impedancia eléctrica, la excursión del cono, SPL máximo, velocidad de port y derivados.

Fs: Frecuencia de resonancia mecánica del altoparlante al aire libre. A esta frecuencia el altoparlante se mueve con un esfuerzo mínimo. Es de suma importancia debido a que por debajo de ella la respuesta en frecuencia decae, o dicho de otra manera el altoparlante va a ser capaz de reproducir a partir de ella. Es decir que un parlante con una Fs de 60 Hz difícilmente pueda reproducir por debajo de 50 Hz. En la figura 1 se observa una frecuencia de resonancia de 55 Hz por debajo de ella la respuesta en frecuencia cae.

Cms: Compliancia de la suspensión. Es la inversa de la rigidez (K de un resorte), expresa cuán rígida es la suspensión. Debido a que se trata de un sistema masa-resorte, si la compliancia es mayor (menos rígida la suspension) baja la Fs y viceversa.Qt (total): También llamado factor de calidad o factor de amortiguamiento. Debido a que el altoparlante presenta una resonancia, este factor describe el control sobre esa resonancia. Si el valor es elevado quiere decir que el altoparlante va a quedar vibrando a la frecuencia de resonancia. Afecta a la respuesta en frecuencia y la calidad sonora. En la figura 2 la respuesta en frecuencia de diferentes Q para una misma frecuencia de resonancia. El Q total es el resultante de un Q mecánico y un Q eléctrico (ver Qts, Qms y Qes).

Mms: Masa móvil del sistema. Se considera la suma de Mmd, que es la masa de el conjunto mecánico (diafragma, bobina y porción de suspensiones) con una porción de aire que está directamente por delante y detrás del diafragma. En conjunto con Cms, genera la resonancia mecánica principal del altoparlante. A mayor masa, menor Fs y viceversa. También se deduce que a mayor masa, menor eficiencia.

Rms: resistencia mecánica de la suspensión. Se refiere a las pérdidas en forma de calor, por la fricción, que sucede en las suspensiones.

Vas: Volumen de aire equivalente a la compliancia de la suspensión. Debido a qué un volumen de aire encerrado se comporta como un resorte, y qué en la mayoría de los casos el altoparlante se va a utilizar en un gabinete, es útil expresar la compliancia de la suspension cómo un volumen de aire.

Impedancia: Oposición al paso de la corriente que varía con la frecuencia. Si bien nominalmente se fija un valor (en general 4, 8 o 16), su variación con la frecuencia presenta singularidades (ver impedancia altoparlante). El pico de mayor impedancia en general se condice con la frecuencia de resonancia del altoparlante. Por otro lado el incremento hacia las altas frecuencias se debe a la inductancia de la bobina.Re: Resistencia eléctrica de la bobina. No debe ser confundida con la impedancia nominal (en la figura 3 en negro). La impedancia varía con la frecuencia, la resistencia se mide con corriente contínua. En general la resistencia eléctrica es más baja que la impedancia nominal (ver figura 3 en verde).

Le: Inductancia eléctrica de la bobina. Afecta al altoparlante en altas frecuencias, en general a mayor inductancia menor nivel.

Bl: Es una medida de la fuerza del motor electromagnetico. Es la multiplicación de la densidad de flujo magnético B y el largo de la bobina l (inmersa en el campo magnético). Si bien no es una traducción directa, en general un mayor Bl se traduce en mayor eficiencia.

Xmax: Excursión máxima del conjunto cono-bobina-suspensión. Este valor puede estar medido de diferentes maneras. Físicamente como la diferencia entre la altura de la bobina y la altura del entrehierro o acústicamente como excursión para un determinado valor de distorsión (según AES).

Xvar: Debido a que la medición acústica de Xmax da resultados ambiguos muchos fabricantes entregan este valor que representa la excursión maxima a la cual el Cms o Bl del altoparlante decrecen más de un 50%.

Xmech: Además de los anteriormente mencionados, el Xmech especifica el máximo de recorrido antes de que el altoparlante sufra daño mecanico. Ya sea por la bobina golpeando o por deformación de la suspensión.

Sd: Área efectiva de pistón. Es el área del conjunto cono-suspensión que efectivamente genera presión sonora, es decir que es capaz de transmitir energía al aire. A mayor área, mayor presión generada.

Vd: Volumen desplazado (ver Sd vs Xmax). Se calcula como Sd*Xmax, es un indicador del máximo nivel que puede reproducir el altoparlante, en especial en bajas frecuencias.

Sensibilidad: Nivel de presión sonora producido sobre el eje a 1 metro de distancia al aplicar 1 watt de potencia (dBSPL 1 w/1m). No confundir con eficiencia (ver ¿eficiencia o sensibilidad?). Es común especificarla a 2,83 Volts a cambio de 1 Watt (para altoparlantes de 8 ohms).

Eficiencia (η0): Relación entre potencia acústica producida y potencia eléctrica entregada.Generalmente en los altoparlantes suele ser baja, del 0,2 al 5%.

Pe: Potencia eléctrica máxima. Varía según estandar de medición, por ejemplo AES2-1984 o IEC-268.

Hay una relación estrecha entre varios de estos parámetros, y algunos pueden ser calculado en base a otros. Pero esto ya escapa a la finalidad de este post.


Ing. Eduardo Sacerdoti
Investigación & Desarrollo – Equaphon

Caja ductada para Eros E-15 Target Bass 4.5 K

MDF de 18 mm de espesor.
Volumen interno neto: 63,59 litros.
Volumen interno bruto: 76 litros.
Sintonia de la caja : 61,7 Hz.
Frecuencia de corte recomendado: HPF 55 Hz.
F3 en 55,79 Hz.

Caja ductada para Oz Mammut MM 1600 15

MDF de 18 mm de espesor.
Volumen interno neto: 58,44 litros.
Volumen interno bruto: 69,79 litros.
Sintonia de la caja : 67,42 Hz.
Frecuencia de corte recomendado: HPF 60 Hz.
F3 en 61,58 Hz.

Qual a melhor sintonia para minha caixa acustica.

Entenda as Especificações Técnicas dos alto falantes | Parâmetros Thielle-Small

Entender as especificações técnicas dos alto falantes é essencial para quem quer escolher o modelo certo para o seu projeto de som automotivo e de quebra, ainda gastar menos.

Para melhor entendimento do post, recomendamos você dar uma olhada em: Como funcionam os alto falantes.  Após entender como o alto falante funciona, fica muito mais fácil entender este post.

Entenda as Especificações Técnicas dos alto falantes | Parâmetros | Como escolher?

Potência:

• Potência Nominal WrmsQuantidade de energia que o alto falante suporta dissipar, medida segundo a norma NBR 10303.
  Lembrando: os alto falantes não têm potência, eles suportam potência.
  Em um sistema de som automotivo:
  – Quem tem a potência é a bateria, pois ela que tem tensão e corrente;
  – O Amplificador converte a energia (amplifica com a energia da bateria o sinal musical);
  – O Alto falante suporta a potência (reproduz o som).Ou seja, a bateria tem a energia, o amplificador transforma a energia (amplifica o sinal “Musical” com a energia da bateria) e manda para o alto falante. No alto falante, parte da energia é transformada em energia mecânica, movimentando o cone e reproduzindo o som, e a outra parte é transformada em calor.
  Para tirar essa informação do alto falante, as fábricas aplicam o “sinal rosa” (que esforça ao máximo o alto falante). O máximo de energia que o alto falante recebe, sem queimar (sem sofrer danos), em um determinado espaço de tempo (pode variar, mas fica em torno de 2h), é o valor em rms do mesmo.
• Potência musicalComo dito, para “retirar a potência rms” do alto falante, as fábrica usam o sinal rosa, que esforça ao máximo o alto falante. Em músicas, sempre há intervalos de batidas frequências e etc., que esforçam menos o alto falante. Logo ao utilizar o alto falante em músicas, conseguimos aplicar mais potência neles. A potência musical é Média geral da quantidade de energia que o alto falante consegue suportar em músicas, que é geralmente o dobro do valor em rms do alto falante. (medição com multímetro – de preferência True-Rms – na saída do amplificador).
• Potência de Pico Wpico
  Quantidade de energia que o alto falante consegue suportar em picos musicais (medição com osciloscópio) em um tempo curto, em torno de 4 segundos, por exemplo. Geralmente a potência de pico tende a ser 4x maior que a potência em Wrms.

Veja o post completo: Qual Potência Rms usar em Alto Falantes? | Módulo p/ Subwoofer, Woofer, Driver, Tweeter

Resposta de frequência ou curva de resposta (Hz)É o dado que diz qual a região que o alto falante trabalha. Ex: 60hz à 2700hz.
Geralmente medido com 1w rms à um metro em câmara anecoica. Métodos mais usados: Near Field e Half Space. Aplica-se ruído rosa e “pega-se” a faixa do gráfico onde o alto falante teve a sua ótima resposta.
Observação: em alto falantes que precisam de caixa, não se deve utilizar a resposta de frequência como base para realizar o corte de frequência (principalmente o corte HPF).

RE Resistência Elétrica (DC) OhmsResistência da passagem elétrica (corrente contínua DC), é a força contrária à passagem de energia. Podemos saber qual a resistência elétrica do alto falante ao utilizar um multímetro, colocando a chave do multímetro da escala “ohm” e conectando nos bornes do alto falante.

Impedância Nominal (AC) Zn OhmsRelação da resistência elétrica (bobina móvel) dentro do campo magnético (sempre maior que a resistência elétrica). Veja o post completo com as principais dúvidas: O que é impedância? Alto Falantes

Esses dois pontos acima são muito importantes para escolher também a impedância de saída do amplificador, pois o valor precisa “casar” com o valor final da impedância dos alto falantes. Onde temos algumas variáveis como: quantidade de alto falantes. tipo de ligação e impedância de cada alto falante utilizado: Clique aqui e veja como ligar o alto falante no módulo.

Sensibilidade dB/1w/1mFrequência de ressonância do sistema móvel.
É o quão alto o alto falante reproduz o som com 1Wrms à 1 metro de distância do microfone, quanto maior for o valor, maior a conversão. Não compare alto falantes de tipos ou polegadas diferentes: um alto falante de woofer 18 polegadas, geralmente possui um valor alto de sensibilidade (ex: 95dB); alto falantes subwoofers de 8 polegadas, geralmente possuem um valor baixo de sensibilidade (ex: 82dB).
Considere a sensibilidade se estiver comparando o mesmo tipo de alto falante, com a mesmo tamanho e com o mesmo valor em rms.
*É uma informação importante, porém, é mais útil em alto falantes que reproduzem sons mais agudos (frequências altas) e em alto falantes não tão fortes.

Sd – cm² 
Área total do diafragma ou área efetiva do cone. O cone é o responsável direto na geração das ondas sonoras, logo, seu tamanho também irá afetar a sonoridade.
Quanto maior a área do cone, mais massa de ar ele desloca, porém mais lento ele fica. Sendo melhor na reprodução de frequências mais baixas.
QUanto menos a área do cone, menos massa de ar ele desloca, porém mais rápido ele fica. Sendo melhor na reprodução de frequências mais altas.

X max (ou X máximo) em mm
Deslocamento linear máximo do conjunto móvel sem danos (ou sem distorção e etc).
Valores altos indicam uma ótima capacidade em reprodução de frequências baixas.
Alto falantes que reproduzem frequências altas, não têm Xmax altos.
É “retirada” a partir do valor da altura total da bobina, subtraindo o valor da altura da peça polar superior, e dividindo o resultado por 2. Ou seja, é o valor da distância máxima em que a bobina mantém seu enrolamento dentro do gap acima e abaixo da peça polar (onde se tem o fluxo magnético).
Por exemplo: um falante com Xmax de 10mm quer dizer que ele poderá ter um movimento de 10mm para fora e 10mm para dentro sem danos ao conjunto móvel.
Os fatores influentes que controlam são, o conjunto magnético, a borda, a arranha e pelo damping factor do  módulo amplificador.
O conjunto mecânico pode ultrapassar o X-max do alto falante, mas não deve. Ao acontecer isso, perde-se o “controle” da movimentação do conjunto, podendo danificar o alto falante.
Isso geralmente acontece ao utilizar uma caixa errada para o alto falante.
Os danos mais comuns afetam a bobina, podendo danificar o enrolamento ao raspar no gap, ou a deforma-lá, ao bater no fundo do conjunto magnético. Além disso, como ultrapassar o x-max causa distorção, a chance de queimar a bobina do alto falante aumenta muito.

Fs – Hertz (Hz)É a frequência na qual um corpo vibra em sua maior amplitude devido às suas próprias naturezas estruturais, no caso do alto falante, é a frequência de ressonância do conjunto móvel (corpo).
Ela geralmente diz aonde o alto falante começa a reproduzir o som com ótima eficiência.
Em regra tem-se dificuldade em produzir frequências abaixo dele.
Por exemplo:
– um falante com Fs de 60hz não vai produzir 30hz muito bem, podendo danificar o conjunto mecânico ao receber uma grande quantidade de energia, mesmo em uma caixa acústica apropriada.
– um falante com Fs de 32hz vai produzir bem 30hz se estiver em uma caixa com sintonia adequada.
Observação: Quando se utiliza o alto falante em uma caixa corneta, na qual não tem tem muita “Litragem” e possui sintonia alta, o valor do Fs acaba não importando muito.
Por exemplo: médio grave em caixa corneta com HPF a partir de 200hz.

Qts – Qualidade total do Alto FalanteO valor do Qts que define o controle do conjunto móvel do alto falante.
Quanto menor o valor: quer dizer que o motor do alto falante consegue controlar muito bem o conjunto móvel do alto falante. Ele acelera e desacelera mais rapidamente. . É indicativo, por exemplo de som firme, com pancada, com menor peso e graves menos profundos.
Quanto maior o valor: quer dizer que o motor do alto falante não consegue controlar muito bem o conjunto móvel do alto falante. Ele acelera e desacelera mais lentamente (som mais retumbante). Indica um grave mais pesado e mais lento respondendo com maior facilidade as frequências baixas.
Obs: Não existe um valor melhor que o outro.
Exemplos: Alto Falantes para grave de 15 polegadas conta com QTS em torno de 0,4.
Alto Falantes de Qts de 0,6 ou acima, são modelos que precisam de caixa grandes.

• Parâmetros “relacionados” aos QTS:
  Qms: Fator de qualidade mecânico para fs ao ar livre, considera apenas as perdas mecânicas, quanto maior o valor de Qms, menos flexível será o conjunto móvel. Conjunto móvel:  suspensão externa (borda) e aranha que prende a bobina, responsáveis pela sustentação do cone.
  Valores de Qms maiores indica um alto falante que reproduz um som mais “limpo” e com melhor dinâmica, monde terá menos perdas.
  A borda terá maior flexibilidade e a aranha terá construção dando como resultado maior fluxo do ar e maior sensibilidade, sendo bom indicativo de reserva de energia acumulada.
  Qes: Fator de qualidade elétrico para fs ao ar livre, considera apenas as perdas elétricas, quanto menor o valor de Qes, maior a força dinâmica do sistema eletromagnético.

VAS – Litros (L)
Volume equivalente de ar que tem a mesma compliância do sistema de suspensão do alto-falante (volume acústico do alto-falante). O volume Vb da caixa acústica depende também do Qts e Fs.
Ao utilizar volumes de caixa menores que os especificados, modifica-se a resposta de frequência, geralmente reforçando uma certa região dos graves, aumentando o Fb e também a excursão do cone do alto-falante.
É um valor que “diz” o tamanho da caixa acústica para o alto falante.
Quanto maior o valor do VAS, maior será a caixa acústica.
Quanto menor o valor do VAS, menor será a caixa acústica.
Veja um post de como calcular o VAS de um alto falante: Como calcular/encontrar o VAS do Alto falante?

Produto BL(CampoMagnético x ComprimentoFioNoFluxo x CorrenteNoFio)
Quanto maior o valor de Bl mais forte será a força do conjunto magnético do alto falante.
Por exemplo: Alto falantes com alto valor de Bl, ao redor de 30 ou mais, tem maior condição de controlar seus cones adequadamente. São conjuntos magnéticos conjuntos magnéticos massivos, pesados. Em geral apresentarão também baixos valores de Qts.
Alto falantes com Bl abaixo de 20 ou menos terão menos condições de controle do cone. Logo terão valores de Qts maiores.

Mmd em gramasÉ o peso do conjunto móvel/mecânico do alto falante ( cone ou diafragma, bobina, enrolamento e etc). Comparando alto falantes de mesmo tamanho e valor rms:
– o modelo que tiver um mmd maior, terá maior eficiência na reprodução de frequências mais baixas, pois um conjunto mecânico mais leve também será movido mais rapidamente.
– o modelo que tiver um mmd maior, terá maior eficiência na reprodução de frequências mais altas,  pois um conjunto mecânico mais pesado também será movido mais lentamente.
O parâmetro Mms é o peso do cone incluindo a massa radiante, não devendo ser confundido com o Mmd. Alguns programas de simulação de caixas de som vão calcular os valores de Mms quando se entra com o Mmd.

Outros parâmetros:

• B: Densidade de fluxo magnético no vão da bobina, em Tela-metros (TM)
• Cas: Acusticamente equivalente ao Cms
• Cms: compliância mecânica da suspensão do alto-falante
• Compliância mecânica: é o quanto um determinado corpo se desloca quando aplica nele uma determinada força . É dada em m/N ou m/N
• D: Diâmetro efetivo do falante, em metros
• F3: Ponto de menos 3dB em relação à região de resposta plana em Hertz
• Fb: Frequência de sintonia (ressonância) da caixa acústica Vented Box (Bass Reflex). (frequencia de um vale entre dois picos)
• Fc: Frequência de Ressonância do sistema caixa Closed Box. (frequência de pico)
• Fs: Frequência de ressonância ao ar livre (frequência de pico)
• L: comprimento do fio imerso no campo magnético, em metros
• Lces: Indutância elétrica equivalente do Cms, em henri
• Ms: Massa total móvel do cone
• Mms em KGMassa mecânica móvel do alto-falante mais a carga de ar que ele desloca.
  Ou seja, o parâmetro Mms é o peso do cone incluindo a massa de ar que ele desloca.
• n0 rendimento de referência de um alto-falante. O “no” indica a relação entre potência acústica produzida pelo falante e potência elétrica aplicada. Podemos perceber que os alto-falantes são, na verdade, grandes geradores de calor, uma vez que a maioria dos falantes tem rendimento em torno de apenas 1%.
• p (rho): Densidade do ar 1.18 kg/m^3
• Pa: Potência acústica
• Pe: Potência elétrica
• Q: Amortecimento relativo do falante.
• Qa: Q do sistema no Fb, devido a perdas por absorção, admensional
• Qec: Q do sistema na ressonância (Fc), devido a perdas elétricas, admensional
• R: Ondulaçao do sinal, in dB
• Ras: Acusticamente equivalente ao RMS
• Revc: resisttência DC da bobina, em Ohms
• SPLo Sound Pressure Level, usualmente medido a 1 watt, por 1 metro na frente ao falante
• Vb: Volume interno líquido da caixa acústica, oferecido ao alto-falante. O valor de Vb influi na resposta de graves, na frequência de corte F3, na de sintonia Fb e no deslocamento do cone.
• Vd: Máximo volume deslocado pelo falante (produto de Sd pelo Xmax), em metros cúbicos. 
• Vd:Se a questão é mover grandes quantidades de ar nas baixas frequências, este é o parâmetro a ser olhado. Isso por que para produzir som é preciso mover ar e quanto mais baixa a frequência a ser reproduzida, maior será a quantidade de ar a ser movida para dar determinado resultado. Pode-se fazê-lo usando cones menores (menor Sd), com a penalidade de ter maior movimento pra dentro e pra fora em relação aos cones maiores. A área do cone maior dividida pela área do cone menor vai dar a necessidade de deslocamento do menor em relação ao maior para produzir o mesmo resultado. É fácil calcular isto, e comparar os valores de Vd garante um indicativo do que um falante de graves pode produzir, sendo uma coisa que poucos realmente fazem.

Fonte: Loja do Som Automotivo

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Caja ductada para Bomber Bicho Papao SWBP12-800 4+4

Caracteristicas de la Caja:

MDF de 15 mm de espesor.
Ducto: 4 pulgadas de diametro y 17 cm de largo.
Volumen interno bruto : 49,4 litros.
Volumen interno neto : 44,51 litros.
Sintonia de la caja : 46 Hz.
Frecuencia de corte minimo recomendado(HPF): 40 Hz.
Pico de respuesta de 5,11 dB en 56,24 Hz.
F3 en 38 Hz.

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Caja ductada para Triton MG700 12

Caracteristicas de la Caja:

MDF de 15 mm de espesor.
Volumen interno neto: 35,99 litros.
Volumen interno bruto: 46,51 litros.
Sintonia de la caja : 90 Hz.
Frecuencia de corte recomendado: HPF 80 Hz.
F3 en 72 Hz.

Caja ductada para JBL 12MB4.2

Caracteristicas de la Caja:

MDF de 18 mm de espesor.
Volumen interno neto por camara : 34 litros.
Volumen interno bruto por camara : 42,38 litros.
Sintonia de la caja : 114 Hz.
Frecuencia de corte minimo recomendado: HPF 90 hz.
Pico de respuesta de 10,3 dB en 135 Hz.
F3 en 81 Hz.

Corte de frequência em Drivers e Tweeters | Expert Electronics

Caja ductada JBL Tornado 5000 15SW19A

Caracteristicas de la Caja:

MDF de 18 milimetros de espesor.
Volumen interno neto: 50,29 litros.
Volumen interno bruto: 67,84 litros.

Sintonia de la Caja: 68,3 Hz.
Frecuencia de Corte Minimo Recomendado(Subsonic/HPF):  60 Hz.
Pico de Respuesta de 5,37 dB en 83,26 Hz.
F3 en 55,79 Hz.

Caja ductada para Hard Power 850 12

Caracteristicas de la Caja:

MDF de 15 mm de espesor.
Volumen interno neto: 34,4 litros.
Volumen interno bruto: 43,78 litros.
Sintonia de la caja : 93,22 Hz.
Frecuencia de corte recomendado: HPF 80 Hz.
Pico de respuesta de 6,33 dB en 108,2 Hz.
F3 en 74,25 Hz.

Controle de Cone do Alto-Falante | RenanLopes

Comprimento de Onda(Longitud de Onda) e Caixa Acústica