Para que então, perseguir a tão falada "resposta plana de 20Hz a 20kHz"?
No gráfico abaixo você pode ver como um sinal musical típico se distribui pelo espectro audível: a área mais importante (área central, denominada "música") está toda entre 40 e 13kHz, aproximadamente, e com uma gama dinâmica de cerca de 70dB.
Nas baixas frequências, ao tentar "forçar a barra" e chegar aos 20Hz, na maioria das vezes tudo o que iremos conseguir é queimar os falantes...Normalmente o limite inferior de um sistema de PA deve ser de 40Hz, pois essa é a frequência aproximada do bordão MI do baixo (a nota mais grave). O bumbo da bateria tem seu peso entre 70 e 90Hz, portanto não irá perder nada. Guitarra e violão só começam lá pelos 80Hz, assim como a maioria dos patches de teclado.
No extremo agudo, também não há necessidade de se chegar aos 20kHz, como muita gente pensa - muito poucos de nós conseguimos ouvir acima de 15 ou 16kHz. Em PA a situação é ainda pior, devido a atenuação das altas frequências pelo ar: nas distâncias usuais que a platéia fica de um sistema de PA, ouve-se pouca coisa acima de 12 ou 13k.
A figura abaixo mostra o efeito da absorção do ar a uma distância de 100m (temperatura de 20ºC, umidade relativa 50%). Veja que temos 10dB de queda em 8kHz, e 30dB (!!!) em 16kHz.
Existe outro ponto a ser considerado: o equilibrio tonal.
Reza uma antiga - porém ainda válida - "lei" (não sei a origem, mas creio que veio da Bell Labs ou algo assim, ainda nos anos 30), que para uma sonoridade natural e equilibrada, a perda de informação deve ser a mesma, tanto nas altas quanto nas baixas frequências.
É comum encontrarmos sistemas de reprodução sonora (não apenas PA, mas domésticos, portáteis, automotivos, etc) desequilibrados, e mesmo quando atuamos nos controles de tom, não conseguimos resolver. Ou parece-nos "magros" ou ao contrário, "abafados".
Isso porque o problema não está na intensidade sonora nos extremos da faixa (graves e agudos), mas na sua extensão.
Por exemplo, as vezes vemos uma pequena caixa com um falante de 5" e um tweeter - agudos extensos (até 16kHz, digamos), mas graves limitados (quase nada abaixo dos 100Hz). Não adianta aumentar os graves no amplificador, mesmo que os falantes aguentem.
Por quê?
Embora os agudos se estendam até bem perto de nosso limite de audição, os graves estão bem longe disso. A perda de informação não é simétrica, isto é, perde-se muito mais graves que agudos. A solução é igualar essas perdas, assim, nosso sistema estará equilibrado, mesmo não sendo capaz de reproduzir toda a gama audível.
Antigos estudos realizados por volta dos anos 30, determinaram que para que essa condição fosse satisfeita, o produto entre o limite inferior e o superior na resposta de um sistema (freq mais baixa X freq mais alta) deveria ser de aproximadamente 630.000. Outras fontes falam em 700.000.
Voltando ao exemplo acima (falante de 5" e um tweeter), se a caixinha nada "fala" abaixo de 100 Hz, sua resposta no extremo oposto (agudos) deveria estar limitada a 6300 ou 7000 Hz:
100 x 6.300 = 630.000
100 x 7.000 = 700.000
Pode parecer pouco, mas a resposta assim torna-se muito mais agradável. É ideal para sistemas de som ambiente e reprodução de voz.
Segundo estudos mais recentes, em sistemas maiores e mais capazes, os números seriam entre 500.000 e 400.000. Por exemplo, num sistema hifi que responda desde os 30 Hz, o limite superior poderia estar em 16.6 kHz ou 13.3 kHz:
30 x 13.300 = 400.000
30 x 16.600 = 500.000
(apesar de proclamado aos quatro ventos de que nossa audição vai dos 20 Hz aos 20 kHz, poucos felizardos podem ouvir além dos 16 kHz, essa é a triste verdade...)
Em sistemas de PA, a regra também vale. O limite prático inferior está em 40 Hz, próximo do bordão MI do contrabaixo (41 Hz). Pouca coisa existe abaixo disso, e não é econômicamente viável reproduzir tais frequências nos niveis necessários, salvo pelas locadoras maiores em eventos de porte.
Então, se a menor frequência é 40Hz, a maior será:
40 x 10.000 = 400.000
40 x 12.500 = 500.000
Algo entre 10kHz e 12.5kHz.
................______________ .............../.................................\ -6dB --/:.................................:.\ ............/.:.................................:...\ .........../..:.................................:....\ ...............:.................................: ...........40Hz..........................10k a 12,5kHz |
Nem adianta tentar ir muito além disso, o excesso de altas frequências será absorvido pelo ar, a méidas e grandes distâncias. E mesmo que chegue à platéia mais próxima, a compressão natural de nossos ouvidos quando exposto a altos níveis de pressão sonora cuidará para que ninguém ouça...
E se forçarmos a barra, além de sobrecarregar os drivers e aumentar a distorção nas altas, nosso PA parecerá "estridente" e "ardido" - é o desequlibrio tonal.
Obs.
1) Vejam que ao dizer que devemos cortar em 12 ou 13kHz, isso não significa que não devemos ter sinal nenhum acima disso: lembrem que esse é o ponto de -6dB, logo ainda teremos algo acima disso, ainda que cada vez menos.
2) Sobre esse mesmo aspecto, também não significa que os drivers de altas só precisam ter resposta até 12 ou 13kHz. Devem poder reproduzir até 18kHz ou mais, mesmo que não seja necessário. Sim, porque um driver capaz de ir até 12kHz, por exemplo, começa perder desempenho bem antes disso: lá pelos 5 ou 6kHz já há falta de definição devido à resposta pobre em transientes. Uma boa regra de engenharia é superdimensionar: tenha o melhor possivel e use-o longe de seu limite.
3) Aparentemente, os valores 400.000 e 500.000 vêm da (teórica) capacidade humana de perceber sons na faixa que vai de 20Hz a 20kHz. Multiplicando esses números temos:
20 x 20.000 = 400.000
O centro dessa escala situa-se em 640Hz. As frequências ISO, normatizadas para uso em equalizadores, analizadores, etc, são extraidas a partir desses valores. Vejam a figura abaixo:
Se multiplicarmos entre si valores equidistantes aos extremos na escala ISO, teremos sempre 400.000 ou 500.000. Por exemplo:
40 x 10k = 400.000
125 x 4k = 500.000
160 x 2k5 = 400.000
31,25 x 16k = 500.000
(o valor 32Hz na figura é arredondado, o exato é 31,25Hz)
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