Alto falantes planares e isodinâmicos

Nova Escola de Marketing
02 de maio de 2012

Alto-falantes planares constituem um nicho em meio a usuários dedicados. Os seus princípios de fabricação, entretanto, são de interesse de todos aqueles que gostam de música, de tecnologia e de áudio.

O som absoluto, aquele cuja reprodução eletromecânica é capaz de simular um instrumento musical tocado ao vivo, é difícil, quase impossível, de ser obtido, devido a uma miríade de variáveis imprevisíveis nos processos de captura (gravação) e reprodução.

Na cadeia de reprodução do som gravado que compreende basicamente um front end (fonte de reprodução), amplificadores e caixas acústicas, estas últimas são, até hoje, as mais críticas.

Ao longo das décadas do século passado, a tecnologia de design e fabricação de alto-falantes e caixas acústicas sofreu algumas modificações interessantes, mas nunca a ponto de se tornarem definitivas ou revolucionárias.

Até hoje, a comunidade de audiófilos aposta em alguns tipos específicos de design, frequentemente investe alto neles, mas na prática não há nada que assegure a durabilidade deste investimento. Isto porque, em uma tecnologia inacabada os conceitos e as experiências tanto de designers quanto de usuários dedicados muda com o tempo, e assim aquilo que era ótimo ou insuperável hoje pode não ser amanhã!

Cada sistema de reprodução, irrespectivo da tecnologia usada, apresenta “colorações” (adulterações do som original) distintas, o que confere a eles uma espécie de “assinatura”, ou seja, quando se ouve com atenção, sabe-se de antemão que tecnologia de alto falantes deve estar sendo usada.

Note-se que estas “colorações” são adendos em cima som original. Idealmente, não deveria haver nenhuma, ou seja, um sistema de reprodução próximo do ótimo deveria ser, neste particular, totalmente neutro, isto é, não acrescentar ou subtrair qualquer coisa ao som original capturado.

Existem alguns pontos pacíficos nisto tudo, entretanto. A energia eletromecânica, por exemplo, deveria ser a mesma na superfície irradiante, para evitar distorções. Mas, na prática isto é difícil de conseguir.

E é neste ponto que os sistemas planares se inserem com mais presença, porque é possível construir um sistema destes com o máximo de pontos de radiação idêntica simultaneamente. Se todos os pontos irradiarão energia com a mesma amplitude tudo irá depender do design, mas já posso adiantar que fisicamente a situação melhorou muito nos modelos mais recentes. Segundo analistas, não a ponto de resolver o problema totalmente, com o quê eu sou obrigado a concordar, porque a rigidez em uma superfície plana flexível varia do centro para a borda, com a tendência a ser mais rígida nesta última.

Entretanto, o erro introduzido é menor, quando comparado ao alto-falante convencional de cone ou domo, cuja força motriz é aplicada em um ponto principal, resultando em diferenças de propulsão desde ponto para o resto do diafragma. E este ponto ficou bastante claro depois que os analisadores espectrográficos foram introduzidos nas pesquisas de cones, a partir da década de 1970.

 O princípio do alto falante isodinâmico

Alto falantes convencionais possuem peças móveis e um cone ou domo para impulsionar o som através do ambiente, e assim o fazendo exibem pontos emissores onde a energia não é a mesma.

Em grande parte, o problema é devido ao formato irregular da superfície irradiante. Em alto-falantes de cone, por exemplo, o máximo de transmissão de energia se dá no ápice do cone, ou seja, na parte central do alto-falante. No caso dos domos, o mesmo ocorre, porém na periferia do mesmo.

 

Isto é basicamente devido ao fato de que o motor (conjunto de imã, bobina móvel e demais peças) que governa o movimento de cones e domos consiste em um em elemento propulsor, que os empurra para frente e para trás (“push-pull”), resultando em uma força pistônica, que, por sua vez, empurra o ar para frente na forma da onda musical.

No alto falante isodinâmico, toda a superfície irradiante transmite a mesma quantidade de energia, daí o termo “isodinâmico”, que significa “com a mesma força”. Em um alto-falante planar, por exemplo, o ar é empurrado igualmente, para frente e para trás:

 

 

 

 

Existe uma óbvia vantagem na transmissão isodinâmica de energia, que é a virtual impossibilidade de se conseguir distorção da onda sonora provocada pela irregularidade de transmissão da mesma na superfície do sonofletor.

Por causa disto, fabricantes de alto-falantes convencionais, ao perceberem micro fraturas na superfície irradiante, resultante da maior parte da força sendo aplicada em um ponto, passaram a usar material tratado com dopagens químicas (Kevlar, por exemplo) de maneira a tornar a superfície radiante flexível (diafragma) mais rígida e com o menor peso possível.

 Alto falantes planares

Existe dois tipos básicos de alto-falantes planares: eletrostáticos e eletromagnéticos. Ambos são, por definição, isodinâmicos.

Os painéis eletrostáticos, lendários pela sua transparência (o som parece vir do ar e não dos painéis) são incrivelmente precisos em frequências médias e médias altas, e trabalham sob o princípio das cargas elétricas estacionárias, da seguinte maneira:

Uma membrana plástica flexível, geralmente feita de Mylar© (polímero polietilênico, à base de ácido tereftálico) é coberta com uma camada de uma substância condutora de eletricidade. Ela é alimentada por uma fonte capaz de gerar alta tensão, tornando a sua superfície dotada de uma carga elétrica estática elevada.

Esta membrana é colocada entre dois painéis metálicos fixos (eletrodos), que são na verdade grades perfuradas condutoras de eletricidade (estatores). O sinal de áudio, que é resultado de sinais elétricos de polarização positiva e negativa alternadas, é aplicado a um transformador elevador de tensão e em seguida nestes dois painéis. A onda musical estará fora de fase entre si, fazendo que um dos painéis fique carregado negativamente e o outro positivamente em um dado momento.

Um sinal de 1000 Hz, por exemplo, alternará a carga elétrica nos estatores 1000 vezes por segundo. Quando o sinal for predominantemente negativo a membrana plástica é atraída para o estator onde a polaridade é positiva, ao mesmo tempo em que é repelida pelo estator onde a polaridade é negativa. Quando a polaridade se inverte, o contrário acontece. O resultado é a vibração da membrana para frente e para trás (“push-pull”), deslocando o ar e produzindo som.

Já o painel eletromagnético funciona de modo um pouco diferente: primeiramente são fixados imãs permanentes em torno de sua borda, ao invés de estatores. A membrana interna flexível (diafragma) é construída de várias maneiras, mas ela precisa ser manufaturada com o auxílio de material eletromagnético, embebido ou impresso, na sua superfície.

O diafragma dos alto-falantes eletromagnéticos é chamado de “ribbon” (fita ou faixa). Na sua forma mais simples o ribbon é uma folha metálica de alumínio, que recebe corrente elétrica e forma um campo eletromagnético, que pode ser atraído ou repelido pelos ímãs permanentes posicionados ao lado.

O ribbon é usado para a construção de tweeters, mas o seu maior uso é na produção dos painéis eletromagnéticos, usando basicamente os mesmos princípios.

Uma variação interessante deste design é o chamado “quasi-ribbon”: em vez de se usar uma folha de alumínio inteira, o diafragma é sustentado por uma membrana plástica, podendo ser Mylar© ou Kapton©, na qual a folha de alumínio é montada. Em comparação ao “quasi-ribbon”, a folha de alumínio sem a base plástica é chamada de “true ribbon”, ou ribbon verdadeiro.

Na prática, a diferença entre os dois diafragmas é que o “true ribbon” conduz a corrente elétrica e vibra ao mesmo, ou seja, é o próprio motor e sonofletor do painel, enquanto que no “quasi-ribbon” o alumínio serve como condutor de sinal elétrico, mas quem vibra é o suporte de plástico.

Esta sutil diferença se faz ouvir na reprodução do som, e a explicação é de que a folha de alumínio pura, disposta em um painel, não é capaz de vibrar com a mesma uniformidade da base de plástico, sem falar na diferença de massa entre ambos, que favorece amplamente o painel “quasi-ribbon”.

Os painéis planar magnéticos são construídos com uma membrana flexível (Mylar, por exemplo) na qual uma bobina de voz é colada ou impressa. A corrente que flui através da bobina produz um campo magnético que interage com o campo magnético criado pelos imãs permanentes fazendo a membrana vibrar, ao ser atraída ou repelida pelas barras magnéticas.

Nos painéis magneplanares o sinal de áudio alimenta a bobina impressa na membrana de Mylar e encontra nela uma carga resistiva e com um valor de resistência muito baixo, tipicamente em torno de 4 ohms.

Cuidados com o cancelamento de graves e com o efeito Haas, na instalação de painéis

O posicionamento de painéis na sala de audição costuma ser bastante crítico. Isto é devido ao fato de que o som é propagado pelos painéis pela frente e por trás, na forma de um dipolo. As duas ondas sonoras produzidas estarão necessariamente 180º fora de fase uma com a outra.

Na prática, isto significa que o posicionamento de painéis paralelamente a uma parede traseira poderá provocar cancelamento de algumas frequências e reforço de outras. E uma das maneiras imediatas para evitar isto é angular ligeiramente os painéis e afastá-los ao máximo das paredes. Idealmente, o meio da sala seria, neste particular, a posição ideal, mas impraticável, por motivos óbvios, para quaisquer projetos de instalação. Em ambientes maiores é possível colocar painéis bem afastados das paredes, com excelentes resultados acústicos. Usualmente, um afastamento correto seria de no mínimo 1.2192 metros, mas não há uma regra absoluta sobre isto, porque os projetos de painéis variam muito de um modelo para o outro.

O problema do cancelamento pela oposição das fases afeta particularmente os sons graves. E este é um dos principais motivos pelos quais alguns fabricantes preferem incluir sonofletores de baixa frequência em seus painéis, ao invés de deixa-los reproduzir sons abaixo de uma certa frequência.

Painel da marca Martin-Logan, com subwoofer acoplado.

Um outro problema dos painéis, que deve ter a atenção do usuário na hora de sua instalação: é o chamado “Efeito Haas”. O efeito foi primeiramente descrito pelo seu descobridor Helmut Haas, em sua tese de doutorado em psico-acústica, defendida em 1949, ao discorrer sobre o que ele chamou de “efeito da precedência”.

Haas notou que o primeiro som ouvido pelo ouvido humano é aquele diretamente irradiado pela fonte, isto é, o som que caminha em linha reta em direção ao ouvido. Se a fonte transmite sons que chegam ao ouvido algum tempo depois (por exemplo, sons refletidos nas paredes circunvizinhas) eles são percebidos como reverberação. Se o som que chega depois estiver atrasado, por exemplo, em 1 ms, ele é ouvido como sensação de espacialidade do original.

Haas demonstrou que à medida que o som refletido da origem chega cada vez mais atrasado, por exemplo, em 30 ms, ele é percebido como “eco”.

Na prática, isto significa que sons refletidos com diferentes tempos de retardo têm influência na percepção do ouvido humano. E como os painéis emitem som dos dois lados, mas um deles reflete na parede imediatamente adjacente ao painel e volta, é preciso levar em conta a distância entre o painel e a parede, de forma que o som reproduzido seja natural e não confuso.

O cálculo desta distância é complicado e o fabricante de painéis pode (e deve) fornecer dados concretos do seu projeto no manual enviado ao usuário. Segundo os princípios do efeito de Haas, se o tempo estiver abaixo de 20 ms, o som reproduzido tende a ser encorpado e com uma leve reverberação, dando a sensação de ambiência. Se, por outro lado, valores maiores de retardo são atingidos, os sons secundários são identificados como distintos da fonte, e causando a sensação de ausência de realismo.

 Desvantagens dos painéis

A correta construção de painéis, tanto eletrostáticos quanto eletromagnéticos, exige o uso de matéria prima de preço elevado.

No caso específico dos eletrostáticos, o uso de alta voltagem o torna particularmente vulnerável a danos e até mesmo a incêndios. E mesmo os painéis eletromagnéticos, que são infinitamente mais seguros, os seus drivers costumam ter durabilidade bem menor do que a maioria dos alto-falantes convencionais.

Entretanto, existem outros aspectos que prejudicam os painéis estética e funcionalmente: para serem mais eficientes na irradiação do espectro sonoro, eles precisam ser construídos com tamanho elevado, de modo a aumentar a superfície radiante dos seus diafragmas. A maioria dos painéis eletromagnéticos, por exemplo, costumam ter um metro ou mais de altura.

Os norte-americanos tem o curioso hábito de classificar equipamentos de áudio e vídeo, de acordo com o grau de aceitabilidade das mulheres. Eles chamam este parâmetro de W. A. F. (“Wife Acceptance Factor”), que medem arbitrariamente o grau de aceitação das esposas, e que dificultam ou não o investimento e a instalação de equipamentos na casa dos usuários. E eis aí um exemplo de baixo “WAF”, por conta do tamanho e da altura destes painéis.

No lado auditivo, a reprodução de graves raramente é satisfatória, independente da tecnologia usada. Na prática, significa que é obrigatória a instalação de um subwoofer, mas o mesmo é de difícil ajuste com os painéis. Isto se deve, em parte, à diferença de velocidade de vibração dos respectivos diafragmas, e, dependendo dela, o acoplamento entre ambos pode tornar a reprodução de graves imprecisa ou desconexa.

Painéis são acusticamente ineficientes por natureza. Isto obriga o uso de amplificadores de alta potência, se o usuário quiser usufruir todas as suas propriedades acústicas corretamente. A baixa impedância de alguns painéis tende a desestabilizar os circuitos de saída de muitos amplificadores, e assim é recomendável a instalação com unidades capazes de aceitar cargas muito baixas.

O uso de painéis em uma instalação de som multicanal em um home theater é possível, mas alguns cuidados precisam ser tomados. Os painéis traseiros, por exemplo, tem que ser posicionados perpendiculares à parede do fundo. O canal central tem proporções agigantadas, quando comparado a um canal central convencional. A amplificação com receivers convencionais é até possível, mas não seria recomendável. Neste caso, é preferível usar amplificadores separados ou integrados de alta potência.

 A audição de painéis magneplanares

Jim Winey inventou e industrializou o painel magneplanar, que é fabricado até hoje em Twin Cities, Minnesota, Estados Unidos. Seus painéis são conhecidos carinhosamente pelos fãs como “Maggies”.

Os modelos atuais vêm paulatinamente mudando de “ribbon” para “quasi-ribbon” , particularmente para os drivers de alta frequência. Na realidade, em seu último modelo há uma predominância de drivers “quasi-ribbon” no painel.

Graças ao meu amigo Fernando Blanco, que é um ilustrado audiófilo e experimentador, eu tive a chance de ouvir os modelos MG 1.6 e MG 1.7, este último o mais recente “quasi ribbon” em construção. Em uma audição com material de áudio que nós conhecemos dá para perceber que as 1.7 são notoriamente superiores ao modelo anterior, muito embora nada de mal se possa falar dele.

As MG 1.7 se aproximam bem mais da transparência que somente os painéis eletrostáticos podem fornecer, sem o inconveniente do uso de alta tensão nas grades do painel. A armação foi modificada com o uso de alumínio, de maneira a manter o painel mais rígido.

No meu entendimento, o som dos painéis não é de fácil aceitação. Usuários que procuram maior impacto auditivo poderão estar mais bem servidos com caixas convencionais. Os painéis tendem a tornar o som mais plano e com menos alteração de amplitude.

Seus adeptos se referem ao som dos painéis como “encorpado”, “melodioso”, “acústico”, etc., e estas são qualidades procuradas por quem gosta de música e é audiófilo simultaneamente.

No Brasil, painéis similares aos da Magneplan foram fabricados com o nome de Isoplan, pela Isoplan Eletroacústica Ltda, de propriedade do engenheiro Dorival de Oliveira. Eu tive a chance de ouvi-los por volta do seu lançamento, em 1985, se a memória não me trai. De lá para cá, eu não acompanhei mais o assunto e, portanto, não sei dizer exatamente porque a fabricação dos painéis acabou. [Webinsider]

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Leia também:
Anatomia de um Blu ray player
Processadores de áudio

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15 respostas para “Alto falantes planares e isodinâmicos”

  1. flavio bueno disse:

    isoplan- Dorival
    infelismente nao consigo ninguem que
    consiga fazer manutencao adequada e
    confiante nas minhas caixas.
    se alguem souber quem faria este servico
    com qualidade merecida pelas caixas.
    gostaria de um contato.

  2. Caro Adalberto,

    Boa sorte na sua tentativa.

    Independente do Dorival tomar alguma iniciativa, a empreitada em si, depois de passados todos esses anos, acredito que não será exatamente fácil, uma vez desmontada a linha de produção e o estoque de peças.

    Problemas esses, diga-se de passagem, que afetam audiófilos no mundo todo. E, desnecessário dizer, mais ainda quem mora por aqui, diante da ausência de representantes de equipamentos importados, sem falar na tributação elevada sobre componentes eletrônicos!

  3. Adalberto José Brasaca disse:

    Boa tarde, Paulo.

    O Dorival comentou que, segundo a classificação do sr. FHC, a atividade do mesmo agora é “vagabundo”. Rsrsrsrs… Então, bem que o “pai das crianças” poderia fazer uns “bicos” e ganhar uma grana dando manutenção nas mesmas. Estou com vontade de comprar um par (usadas, lógico !), porém o proprietário disse que elas estão “rajando” um pouco a alto volume. Pelos comentários que vi aqui, não há mão-de-obra especializada para tal fim. Então estou sugerindo a ideia acima. Quem sabe o Dorival não se sensibiliza e nos dá a graça de ter um verdadeiro profissional dando-lhes manutenção.

    Abraço.

  4. José Mascarenhas disse:

    Uma saudação muito cordial e muito grata para o Engº Dorival Oliveira, a quem devo o par de ISOPLAN MKII que me encanta há mais de 20 anos, ligado a um amplificador DELTEC, uma preciosidade também descontinuada. Mandei há dias uma das colunas para reparação aqui em Portugal, só espero que não ma estraguem completamente!

  5. Paulo Roberto Elias disse:

    Oi, Avelino,

    Espero que algum leitor lhe ajude. Boa sorte!

  6. Avelino Martins disse:

    Boa tarde, gostaria de saber se possível
    alguem que faça manutenção ou tecnico , em sp

    obrigado

    ( 11 ) 5678-5569
    9 4957-8392

  7. Avelino Martins disse:

    Boa tarde, gostaria de saber se possível
    alguem que faça manutenção ou tecnico , em sp

    obrigado

  8. Paulo Roberto Elias disse:

    Olá, Dorival,

    Obrigado por sua participação aqui neste espaço. Devolvo a você os quatro S’s, tudo de bom e obrigado por nos ter dado momentos de grande prazer auditivo no áudio!

  9. Dorival de Oliveira disse:

    Agora 11/7/2013. Fico feliz em ver uma referência aos painéis Isoplan que foram o grande desafio da minha vida e que me deram muitas alegrias por ter conhecido pessoas maravilhosas, como o Mathias, por exemplo, e cuja amizade cultivo até hoje!
    4S! sorte sucesso saúde sossego

  10. Paulo Roberto Elias disse:

    Oi, Mathias,

    Não sei se lhe ajuda, porque não tentei contato, mas aí vai:

    Isoplan Eletroacústica Ltda
    Endereço: Rua das Caneleiras, 316
    Santo André, SP CEP 09090-050

    Fone: (11) 4426-8800
    Fax: (11) 4437-2285

    E-mail: isoplan@isoplan.com.br

    Boa sorte!

  11. Mathias Gruber disse:

    Para béns pela matéria. Sou amigo do Dorival e ajudei-o a compor os manuais para a toda a linha de produtos. Perdi um pouco do contato com ele, mas não a admiração.
    Possuo uma versão modificada do modelo MkII que foram, infelizmente, danificadas pela exposição ao sol.
    Ainda hoje, sonho com o tempo em que elas funcionavam adequadamente. Estou guardando-as até que eu resolva o problema de colar os fios de cobre à membrana de Mylar; e muita coragem para não estragar nada numa tentativa de recuperá-las.
    É uma pena.

  12. Paulo Roberto Elias disse:

    Oi, Fernando,

    Embora se diga por aí que o audiófilo é uma espécie em extinção, você, mais do ninguém, sabe que isto não é verdade. Face ao inacreditável número de lançamentos novos, em Blu-Ray, com concertos de alta qualidade técnica e artística, cobrindo peças consagradas em música clássica, pode-se ter uma evidência quase conclusiva de que existe um mercado concreto tanto para áudio quanto para vídeo.

    Até hoje, eu acredito que, a par da questão financeira, que pesa muito, um dos motivos pelos quais o público brasileiro não se interessa mais é a divulgação precária e falta de apoio à profissão de músico neste país. A música, como qualquer outro tipo de arte criativa, é fundamental para o estabelecimento de uma sociedade sadia e mentalmente evoluída. Por isto mesmo, nunca entendi porque não se ensina música no ensino fundamental. E nem precisaria ser teoria, bastaria ensinar como ouvir, coisa que muita gente não sabe.

    Sobre os painéis da Isoplan, eu também gostaria de saber sobre o fim deles, mas acredito que tenha sido por falta de mercado. Ao que eu soube na época, parece que o Dorival montava ele mesmo, com a ajuda de alguém, quer dizer artesanato em todos os sentidos.

  13. Carlos Fernando Blanco disse:

    Caro Paulo

    Excelente trabalho, onde, de maneira clara e didática, voce traz luz a uma área do Áudio ainda pouco conhecida entre nós e que é de fundamental consideração por parte de todos que exigem qualidade na reprodução musical.
    Muito justa a citação ao Dorival de Oliveira, técnico de grande mérito, pelo seu talento, dedicação ao Áudio e competência, fundador e projetista da Isoplan Eletroacústica Ltda., que produzia excelentes painéis isodinâmicos em São Paulo, na década de 80, desenvolvidos por ele mesmo, com tecnologia e recursos próprios, que infelizmente, talvez por questões de marketing, foram descontinuados.
    Parabéns.

  14. Paulo Roberto Elias disse:

    Oi, Maurício,

    Obrigado pelo comentário e pelo elogio. Este meu amigo citado no texto também conheceu o Dorival e teve a chance de propor algumas modificações de design de crossover. Eu perguntei a ele sobre o Dorival, mas ele perdeu contato algum tempo.

    Acho que o mais importante daquela época foi a tentativa de introduzir um áudio fora da mesmice. É uma pena que não durou. Deveria ter sobrado pelo menos a cultura de que áudio não é somente o design de projetos, mas também uma experiência que passa pela técnica e pela arte do fazer.

  15. Maurício Duarte disse:

    Parabéns pela matéria. Muito elucidativa. Sou um feliz proprietário de um par de Isoplans, compradas por volta de 85 ou 86. Tive o prazer de conhecer o Eng Dorival que pessoalmente entregou os sonofletores como ele gostava de chamar em minha casa.
    Agora entendo o porque antes de se comprar ele perguntava o amplificador que se tinha para tocar. Quando disse que tinha o Pré P1 e amplificador A1 da falecida linha Esotech, aí sim pudemos continuar a conversação.
    As “meninas” estão paradas já há algum tempo mas as coloco em movimento de vez em raramente sendo que não consigo até agora achar diferenças substanciais desde qua as adquiri.
    Não tenho maiores informações sobre os materiais componentes nem sobre o seu tempo de envelhecimento ou fraturas superficiais, mas estão em funcionamento.
    Na época o engenheiro Dorival trabalhava também num projeto de um amplificador que seria algo extraordinário, parece-me que naquela época num estouros dos transistores ele pensava em algo híbrido com sistema valvulado. Infelizmente nunca mais ouvimos falar nada.
    Mais uma vez parabéns pela matéria.

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