Calendário DIY
Caixa de som em isopor para fins itinerantes
george
Pontos:  10
Desde:  28/04/2015
Finalizado
Nível avançado
x 0
Favoritado
Em:  29/04/2015   ( 29/04/2015 )
Atribuição. Não permite o uso comercial. Permite projetos derivados.
Estrela vazia
0
1
2
3
4
5
Publicado inicialmente no site Instructables.com: Projeto que visa demonstrar a possibilidade de se construir uma caixa de som personalizada e mais leve que um modelo equivalente comercial.
1
Introdução

Quando pesquisei sobre sistemas de som de fácil transporte para uso em bicicletas encontrei várias referências na web, muitas no site instructables.com.

Contudo, vi que eram feitos ou com PAs comerciais adaptados (implicando em algumas desvantagens), ou com componentes de baixa potência (limitando o volume do som), ou ainda com o uso de baterias muito caras como polímero de lítio, que têm alta relação capacidade/massa mas fora de meu orçamento.

Fiquei limitado à tradicional bateria chumbo ácido (um modelo um pouco melhor, mas ainda pesado), e então tive que eliminar peso de uma outra foma. A inspiração veio de painéis compostos como drywall, forros de teto e alguns tipos de portas. Basicamente fiz um sanduíche de duas chapas de compensado naval com uma prancha de isopor no meio.

Apesar deste artigo ser mais sobre a caixa, veremos também sobre os componentes mais eficientes que achei para o projeto. Vamos lá!

 
2
Reunindo informações sobre transdutores de som e amplificadores

O objetivo é fazer o som mais estrondoso, leve, com maior durabilidade por recarga e com boa qualidade sonora também. E para isso: eficiência!

Não vou entrar muito na teoria porque não é meu forte, e você pode conseguir material mais confiável e abundante na web. Mas eis os principais tópicos que concluí:

- Não é apenas a potência que conta, mas um fator chamado SPL (sound pressure level) informado pelo fabricante do falante. Uma pequena diferença nesse fator altera drasticamente a intensidade de som (decibéis) que o falante pode produzir.

- Para conseguir uma boa cobertura da faixa audível de frequências, dentro de nosso objetivo, bastam dois transdutores: um woofer (para baixas frequências) e um driver de compressão (para altas frequências). Um midrange não é necessário pois eles cobrem justamente a faixa de frequência mais desagradável para os ouvidos humanos (1 a 5kHz). Tão pouco um subwoofer, que pode soar agradável em ambientes fechados com volume moderado, mas alto pelas ruas serve mais como disparador de alarmes.

- Existem muitos tipos (classes) de amplificadores, cada um com seus prós e contras. Para nosso objetivo o único que se torna apto é o classe D, cujo funcionamento é baseado em chaveamento eletrônico (PWM). Tal qual as fontes chaveadas, eles são extremamente leves e possuem alta taxa de eficiência (cerca de 90%).

- É indispensável o uso de um crossover para direcionar as faixas de frequência específicas para seu respectivo transdutor. O jeito mais eficiente é usar um crossover ativo antes do amplificador.

 
3
Definindo os componentes-chave

Woofer (A)

Comece pelo componente que consumirá mais energia: o woofer, responsável pela faixa de baixa requência. Decidi por um modelo de 15”, 400W RMS e 4Ω de impedância. Li que este tamanho é o mais “coringa”, abrangendo bem diversos estilos musicais (de pancadas secas até um pouco de grave estendido). A potência não foi escolhida, era uma das mais baixas para falantes desse tamanho. A impedância escolhi para casar com a impedância de saída do módulo, como veremos adiante.


Driver (B)

Então procurei pelo driver de compressão (corneta), responsável pela faixa de alta frequência. Escolhi um modelo com diafragma de titânio, que reproduz frequências mais altas do que o de tipo fenólico (funcionando em parte como um super tweeter). Para o meu projeto, a função do driver era apenas dar um brilho no som, e não fazer uma coisa gritante e histérica. Então acabei escolhendo um modelo de 80W RMS (um dos mais fracos novamente). A impedância para esse tipo de transdutor (8Ω) parece ser padrão e isso me preocupou no início sobre como eu o ligaria ao módulo, mas acabou dando certo como veremos a seguir.


Módulo amplificador (C)

Encontrei um modelo de 800W RMS com 4 canais, 200W / 2Ω por canal (4Ω em bridge). A potência e impedância casaram perfeitamente com o woofer (400w / 4Ω), agora sobre o driver: fiquei com receio de queimá-lo se eu fizesse o mesmo esquema de ligação do woofer, então eu liguei em apenas um dos canais dos dois restantes (200W /2Ω). Fiz um teste e tocou muito bem, mesmo com a impedância do driver sendo 4 vezes maior que a impedância de saída do canal.


Crossover (D)

O modelo que achei tem algumas características além da filtragem básica. Tem um botão mono/stereo (útil, já que som estéreo para uma caixa simples não faz sentido), um botão bass boost na linha passa baixa, filtro subsônico (para suprimir frequências abaixo de 30 a 60Hz que podem forçar/danificar o woofer), e interruptores individuais para cada linha de saída (útil para teste/ajuste).


Bateria (E)

Dizem que baterias comuns de carro não devem ser usadas de forma cíclica (carga e descarga completa), tendo a durabilidade comprometida se o fizer. Então achei esta marca que promete boa durabilidade mesmo se usada desta forma, e ainda possui uma alta taxa de descarga instantânea (pode fornecer uma amperagem maior nos picos musicais). O modelo D51 da Optima Batteries pareceu uma boa escolha para o projeto.

 
4
Cálculos da caixa

Estudos acústicos podem soar como feitiçaria para pessoas como eu que não são peritos da área, mas felizmente existem algumas ferramentas pela internet que facilitam nossa vida. Seguem alguns sites que encontrei para:


- volume requerido pelo woofer (espaço interno da caixa em litros):

http://www.diyaudioandvideo.com/Calculator/Box/

- dimensionamento do pórtico (a passagem de ar entre o interior e exterior da caixa):

http://www.mobileinformationlabs.com/HowTo-1Woofer-Box-CAL%20Port%20lenth%201.htm

- calculador das medidas externas da caixa:

http://www.rockfordfosgate.com/rftech/box_wizard.asp

Teoricamente, basta preencher o formulário com os dados do woofer (vide documentação) para os cálculos requeridos. Vale a pena dar uma pesquisada sobre o significado de alguns parâmetros caso se sinta perdido ou tenha dúvidas.

Para o dimensionamento da caixa, no meu caso, estabeleci a mesma largura da carretinha (que eu já tinha) e a altura foi a mínima possível de forma a caber o driver, a grade do woofer e o pórtico. Sobrou a profundidade como fator livre.

Li que caixas com a parte traseira em ângulo possuem de alguma forma (pesquise bass reflex) melhor sonoridade do que se fosse reta. Então fui alterando as três medidas até me aproximar do volume previamente calculado. Apenas cuide para que a parte superior tenha espaço suficiente para o driver mais a corneta.

 
5
Montagem da caixa
Como tenho um espaço e ferramental limitados, adquiri as chapas de madeira e isopor já cortadas em formato quadrado nas medidas finais aproximadas. Tive então apenas alguns cortes e ajustes a fazer com a tupia manual. Ajuda muito desenhar as chapas antes em algum programa (CAD ou vetorial) para visualizar melhor e já obter medidas verificadas. Note, por exemplo, que em um mesmo sanduíche, a chapa externa pode ter medidas diferentes da interna, conforme o arranjo que você projetou para a união de uma com a outra.
Para colar a prancha de isopor ao compensado, utilizei um tipo específico de cola de contato que não ataca o isopor. Cola de madeira (PVA) também pode ser usada (e é mais fácil de se trabalhar inclusive), mas teria que arrumar uma forma de manter tudo prensado até secar (cerca de 3 horas). Também utilizei perfís quadrados de 1,5cm inseridos em partes do perímetro para melhorar a rigidez ao longo das junções entre as chapas e possibilitando parafusá-las, por exemplo.
Uma vez pronto os painéis compostos, faça uma pré montagem da caixa com fita crepe para verificar os encaixes e apare onde for necessário até ficarem bem ajustados uns aos outros. Faça os furos da corneta e do woofer e monte as partes em definitivo com cola PVA, pregos e parafusos conforme achar necessário. Utilizei uma cinta catracada para manter a caixa firme durante a cura da cola, que também será usada depois para prender a caixa à carretinha.
Nota: a chapa do fundo da caixa e a pequena chapa do pórtico são maciças, em compensado de 15mm.

Seguem neste link imagens do processo (não repare a bagunça!)

https://app.box.com/s/m6064u611z8r99cxuzu7b0kad7rsyh13


 
6
Acabamento da caixa
Os cantos foram arredondados com a tupia manual e foi aplicado seladora a base d'agua por toda a caixa para melhorar a impermeabilidade. Seladora a base de solvente poderia derreter o isopor, além de possuir cheiro muito forte para ser usada em apartamento.
Foram aplicadas três camadas de esmalte sintético preto apenas no exterior, mas outros acabamentos podem ser estudados conforme o gosto de cada um (tinta emborrachada, vinil adesivo, couro sintético, etc). Também foram coladas tiras de EVA nas junções da tampa traseira e no fundo da caixa para atenuar vibrações.

Novamente, mais detalhes aqui:

https://app.box.com/s/m6064u611z8r99cxuzu7b0kad7rsyh13

 
7
Montagem dos componentes e conexões
O woofer e a corneta plástica foram fixados com parafusos e porcas de 3/16" e o driver foi rosqueado firmemente na corneta. O woofer foi fixado com 8 parafusos e porcas de 3/16" e a grade com parafusos e porcas de 1/4".
O módulo e o crossover foram fixados na tampa traseira de modo que as conexões fossem otimizadas.
Seguem os cabos utilizados:

- Sinal de audio: cabos RCA blindados de 6mm (montados em casa)

- Saida de audio: cabos polarizados de 2,5mm² 

- Alimentação do módulo: cabo de força de 10mm²

- Alimentação dos outros equipamentos (crossover, mixer, voltímetro): 1 a 2mm² 

Um fusível ou disjuntor deve ser posicionado o mais próximo da bateria. Escolhi por um fusível de 30A, apesar da potência do módulo pedir um número maior. Mantenho um reserva de 50A em todo caso.

Vide o digrama de conexões na seção anexos!

 
8
Notas
Tentei fazer um artigo breve para servir mais como demonstração de possibilidades. Acredito que um passo-a-passo super detalhado além de cansativo não teria tanta utilidade, pois sempre modificamos alguma coisa quando fazemos nós mesmos em função do leque de possibilidades que cada um dipõe e das técnicas que cada um melhor domina. E justamente nesse processo que surgem possíveis melhorias ;)

Segue meu e-mail para o caso de dúvidas/sugestões: george(arroba)estudiuni.com.br


A
Anexos
Você precisa estar logado para ver os anexos.
Comentários: