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Volume do gabinete do subwoofer

Calcule o volume da caixa do subwoofer para gabinetes selados e portados a partir dos parâmetros Thiele-Small (Vas, Qts, Fs). Obtenha volume interno ideal, frequência de ajuste de porta e corte de −3 dB instantaneamente.

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Fórmula

Vb=Vas/((Qtc/Qts)2−1)[sealed]Vb = Vas / ((Qtc/Qts)² − 1) [sealed]
Vas— Volume de conformidade equivalente (L)
Qtc— Caixa de destino Q (0,707 Butterworth)

Como Funciona

Esta calculadora determina o volume ideal do gabinete para drivers de subwoofer usando parâmetros Thiele-Small. Designers de alto-falantes, instaladores de áudio automotivo e construtores de áudio DIY o usam para projetar caixas seladas e ventiladas que combinam com as características do driver para a resposta de frequência alvo. Os três principais parâmetros de T/S são: Fs (ressonância de ar livre, normalmente 20-50 Hz para subwoofers), Qts (fator Q total, 0,2-1,2) e Vas (volume de conformidade de ar equivalente, 10-200 L). Para caixas seladas que visam a resposta de Butterworth (Qtc=0,707), o volume é Vb = Vas/ ((Qtc/Qts) ^2 - 1) por Small (1973). Os parâmetros dos alto-falantes Thiele-Small são padronizados na IEC 60268-5 e foram fundamentais para o “Livro de Receitas de Design de Alto-falantes” de Vance Dickason (7ª ed.), a principal referência para design de gabinete DIY. O ponto de -3 dB é F3 = Fs* (Qtc/Qts). De acordo com a pesquisa da Thiele/Small, os motoristas com o Qts < 0.4 suit vented enclosures (extended bass, steep rolloff); Qts 0.4-0.7 suit sealed boxes (controlled transient response); Qts > 0.7 são adequados para aplicações com defletores infinitos ou ao ar livre. O software de simulação moderno (WinISD, Hornresp, REW) estende essas fórmulas para incluir perdas de portas, não linearidade do driver e ganho de espaço.

Exemplo Resolvido

Problema: projete gabinetes selados e ventilados para um subwoofer de 12 polegadas com Fs = 28 Hz, Qts = 0,38, Vas = 85 L.

Caixa selada (alinhamento Butterworth, Qtc = 0,707):

  1. Volume: Vb = 85/ ((0,707/0,38) ^2 - 1) = 85/ (3,46 - 1) = 85/2,46 = 34,6 L líquido
  2. Sistema F3: F3 = 28* (0,707/0,38) = 28* 1,86 = 52,1 Hz (ponto de -3 dB)
  3. Verificação Qtc do sistema: Qtc = Qts*sqrt (Vas/Vb + 1) = 0,38*sqrt (85/34,6 + 1) = 0,707 (confirmado)
  4. Adicione 15% para o contraventamento/deslocamento do motorista: 34,6* 1,15 = 39,8 L de volume interno bruto
  5. Rolloff: -12 dB/oitava abaixo de F3 (característica selada)

Caixa ventilada (quase Butterworth, alinhamento B4):

  1. Volume (empírico): Vb = 15* Qts ^ 2,87* Vas = 15* (0,38) ^ 2,87* 85 = 15* 0,063* 85 = 80,3 L
  2. Ajuste de porta: Fb = 0,42*Qts^-0,9*Fs = 0,42* (0,38) ^-0,9*28 = 0,42*2,35*28 = 27,6 Hz
  3. F3 aproximadamente: ~ 25 Hz (uma oitava abaixo do selado)
  4. Rolloff: -24 dB/oitava abaixo de Fb (característica ventilada)
  5. Dimensões da porta (redonda, 4 polegadas de diâmetro): Lv = (23562*D^2)/(Fb^2*Vb) - 0,79*D = 15,2 cm

Comparação: Vented fornece uma extensão 27 Hz mais profunda, mas requer um volume de 2,3x e tem um rolamento subsônico mais íngreme que protege a excursão do motorista.

Dicas Práticas

  • ✓Adicione 15-20% ao Vb líquido calculado para contraventamento interno, deslocamento do acionador e material de amortecimento. Meça o volume da caixa pronta com precisão: encha com amendoim embalado, remova e meça o volume ou calcule a partir das dimensões internas menos as estruturas. De acordo com as diretrizes da Parts Express, a incerteza do volume interno deve estar abaixo de 5%.
  • ✓Forre caixas seladas com espuma acústica de 25-50 mm ou enchimento de fibra de poliéster (embalado frouxamente). Isso “alonga acusticamente” a caixa em 15-25% - uma caixa recheada de 30 L se comporta como 35 L sem recheio. O amortecimento também absorve ondas estacionárias que causam coloração de médio alcance. De acordo com Dickason, use densidade de preenchimento de 0,5-1 lb/ft^3 (8-16 kg/m^3).
  • ✓Para caixas ventiladas, calcule o comprimento da porta usando Lv = (23562*D^2)/(Fb^2*Vb) - 0,73*D para portas redondas (D = diâmetro em cm, Vb em L, Fb em Hz). Inclui correção de extremidade de 0,73* D por extremidade aberta. As portas alargadas (PSP, portas de precisão) reduzem o ruído de turbulência em 6 a 10 dB e permitem um SPL 20 a 30% maior antes do engodo do que os tubos retos.
  • ✓Verifique o design com um software de simulação gratuito antes de criar: WinISD (Windows, mais abrangente), Hornresp (especialidade em buzina e passagem de banda), REW (medição + modelagem básica). Insira os parâmetros T/S do driver e compare a resposta prevista com o alvo. Ajuste Vb e Fb iterativamente para obter a melhor resposta na sala, considerando o ganho de espaço.

Erros Comuns

  • ✗Usando o volume bruto da caixa em vez do volume interno líquido, o deslocamento do acionador (0,5-2 L para 12 polegadas), o tubo de porta (0,5-1 L) e o suporte (5-15% do volume) devem ser subtraídos. Uma caixa bruta de 50 L pode ter apenas 42 L de volume líquido, deslocando F3 para cima de 8 a 10% e alterando o sistema Q. De acordo com o livro de receitas de design de alto-falantes de Vance Dickason, sempre especifique o volume líquido.
  • ✗Aplicação de fórmulas simplificadas a drivers de alto QTS - as fórmulas assumem Qts < 0,7 para vedação e Qts < 0,5 para ventilação. Drivers com Qts > 0,7 produzem resposta máxima (Qtc > 1) em gabinetes convencionais. O software de simulação (WinISD, Hornresp) é essencial para drivers de alto QTS que requerem alinhamentos ou equalização alternativos.
  • ✗Construindo caixas ventiladas sem verificação da velocidade da porta - na excursão máxima, a velocidade do ar na porta deve ficar abaixo de 17 m/s para evitar ruídos de turbulência (“ruído na porta”). Uma porta de 4 polegadas em 80 L ajustada para 28 Hz com entrada de 500 W pode exceder 25 m/s. Aumente o diâmetro da porta ou use várias portas. De acordo com as diretrizes da Meyer Sound, escolha 10-12 m/s para ruídos inaudíveis nas portas.
  • ✗Ignorando o ganho de espaço em salas pequenas - as salas fornecem um aumento de +3 a +12 dB abaixo de 80 Hz, dependendo do posicionamento do subwoofer em relação às paredes (reforço de limite). Uma caixa selada com F3 = 50 Hz na sala pode medir efetivamente F3 = 35 Hz com ganho de espaço de 9 dB na colocação dos cantos. Modele com ganho de espaço ou meça na sala para uma previsão precisa da resposta.

Perguntas Frequentes

As caixas seladas são mais simples, menores (normalmente 30 a 60% do volume ventilado) e rolam suavemente a -12 dB/oitava abaixo de F3 - seguras para o motorista em frequências subsônicas. As caixas ventiladas (com portas) usam a ressonância Helmholtz para estender a resposta de graves em 0,5-1 oitava, mas rolam abruptamente a -24 dB/oitava abaixo do ajuste da porta - exigindo filtragem passa-alta para evitar a excursão excessiva. De acordo com a pesquisa da Thiele/Small, as caixas seladas fornecem uma resposta transitória mais rígida (atraso de grupo < 10 ms), enquanto as caixas ventiladas fornecem maior eficiência (+3-6 dB) na banda passante ao custo de um atraso de grupo de 15-25 ms próximo ao ajuste da porta.
Recomendações de alinhamento de Per Small (1973): Qts < 0,35 - é preferível o alinhamento ventilado (com portas), o alto amortecimento se beneficia da contribuição da porta. Qts 0,35-0,50 - selado ou ventilado funciona bem, ventilado oferece mais extensão. Qts 0,50-0,70 - alinhamento selado ideal, amortecimento moderado adequado à resposta selada Butterworth. Qts > 0,70 - o acionador está subamortecido; as caixas seladas produzem uma resposta máxima (lança); o alinhamento ventilado é difícil. Considere um defletor infinito, equalização ou driver alternativo. A maioria dos drivers de subwoofer para carro/doméstico de qualidade visa Qts = 0,35-0,55 para flexibilidade de gabinete.
Sim - as equações de Thiele/Small se aplicam a qualquer alto-falante de bobina móvel. Para midwoofers (Fs = 40-80 Hz, Vas menores), a mesma fórmula Vb se aplica. As caixas seladas resultantes são menores (geralmente 5-15 L para midwoofer de 6,5 polegadas) com maior F3 (80-150 Hz típicos). De acordo com as notas de aplicação do Parts Express e do Madisound, os parâmetros T/S para midwoofers são medidos de forma idêntica aos subwoofers. Para drivers de alcance completo em pequenas caixas seladas, verifique se o Qtc não excede 1,0 para evitar uma resposta estrondosa.

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