Recentemente, falamos sobre a diferença entre bons e ótimos palestrantes. Em poucas palavras, quando você escolhe ótimos alto-falantes, você obtém mais potência, potencial para mais saída e clareza dramaticamente melhorada, graças a uma redução na distorção. Nesta edição da Bang for Your Buck, veremos duas tecnologias de alto-falantes de áudio para carros que reduzem a distorção. Este artigo será uma verdadeira visão dos bastidores de como os alto-falantes funcionam.
Fluxo de corrente e campos magnéticos
De acordo com a lei de Lenz, quando a corrente flui através de um condutor, um campo magnético é criado ao redor do condutor. Ao mesmo tempo, quando movemos um condutor através de um campo magnético, uma corrente é criada no condutor.
O diagrama acima mostra um condutor (em cinza) com uma corrente fluindo através dele. As linhas verdes mostram a direção do campo magnético ao redor do condutor.
Em um alto-falante, a bobina de voz é uma bobina de fio enrolada em uma bobina ou formadora. A corrente do nosso amplificador flui através deste condutor e cria um campo magnético ao redor da bobina de voz. Usamos essa propriedade para mover o alto-falante para dentro e para fora da cesta. Quando a polaridade do campo magnético é a mesma do ímã fixo, os campos magnéticos semelhantes se repelem e o alto-falante se move para frente. Quando a polaridade do campo magnético se inverte, o alto-falante é atraído pelo campo magnético e o alto-falante se move para trás.
Infelizmente, quando se trata de lidar com corrente alternada, o comportamento dos campos magnéticos pode funcionar contra você. Quando a polaridade da corrente inverte, ela tem que lutar contra o campo magnético que criou. Você pode pensar nisso como impulso. Se bolas de gude estão rolando pelo chão, é preciso energia para fazê-las mudar de direção. Essa oposição à mudança no fluxo de corrente é chamada de indutância. O momento elétrico resiste ao desejo de estabelecer um novo campo magnético de polaridade oposta.
Gerenciando a indutância da bobina de voz
A quantidade de indutância em uma bobina de voz de alto-falante é determinada por vários fatores. O tamanho do condutor da bobina de voz, a geometria do condutor, o número de camadas na bobina de voz e a proximidade da bobina de voz à placa superior e à peça polar – apenas para citar alguns.
Então, como a indutância causa distorção em um alto-falante? Como você pode ver no diagrama acima, quando o enrolamento da bobina de voz (em vermelho) está em repouso, ele está centralizado na placa superior (em verde). À medida que o cone se move para baixo, mais bobina de voz fica ao lado do ímã (em azul) e da peça polar (em rosa). Por outro lado, à medida que o vir se move para fora, menos do cone está perto do pólo. Em um projeto de alto-falante convencional, as mudanças na proximidade da peça polar de aço causam mudanças na indutância. À medida que a indutância diminui, há menos oposição ao fluxo de corrente de alta frequência e um aumento no desempenho de alta frequência. Alterações no desempenho com base na posição do cone do alto-falante resultam em distorção.
A imagem acima mostra a indutância de uma bobina de voz em relação à sua posição no alto-falante. A curva vermelha é o gráfico de indutância de um alto-falante convencional. A curva azul é o gráfico de indutância de um alto-falante que inclui um anel de curto de alumínio na parte inferior do T-yoke. Como você pode ver na imagem acima, sem o anel de curto, o alto-falante tem características indutivas dramaticamente diferentes dependendo da posição do cone.
O gráfico acima mostra a resposta de frequência de um alto-falante sem anel de curto (em vermelho) e de um alto-falante muito semelhante com um anel de curto-circuito (em azul). Como é claramente evidente, a inclusão de um anel de curto-circuito melhora drasticamente o desempenho de alta frequência de um alto-falante. Outras melhorias na linearidade podem ser alcançadas incluindo uma tampa de cobre na parte superior do T-yoke.
Quando você está comprando ótimos alto-falantes, procure tampas de redução de indutância em todos os alto-falantes (subwoofers, drivers de médios e tweeters) e em alto-falantes maiores (subwoofers e drivers de médios) onde a sala está disponível na montagem do motor, procure a presença de um anel de curto-circuito.
Comparação de números de indutância
Se não podemos determinar se um alto-falante tem um design que mitiga as mudanças nas características indutivas, podemos simplesmente olhar para as especificações? Eles certamente fornecem uma dica. Um woofer de 6,5 polegadas sem tampa ou anel de curto-circuito pode ter uma indutância de 0,7 a 1,1 mH (milihenries), enquanto um alto-falante com essas tecnologias estará mais próximo de 0,1 ou 0,2 mH. Em termos de como eles soam, todos os outros critérios de design sendo iguais, o driver com a indutância mais baixa terá melhor desempenho de alta frequência e produzirá menos distorção.
Não linearidades de suspensão do alto-falante
O objetivo da aranha (também conhecido como amortecedor) é manter a bobina de voz centralizada lateralmente no entreferro entre a placa superior e a peça polar e ajudar a retornar o cone à posição de repouso quando o sinal de áudio é removido.
Escolher a rigidez perfeita do amortecedor (conformidade) para uma determinada massa de cone e frequência de ressonância desejada é um dos maiores atos de equilíbrio envolvidos no projeto de um alto-falante. Se a aranha for muito rígida, a frequência de ressonância do alto-falante pode ser muito alta para a aplicação desejada e sua eficiência pode ser prejudicada.
Uma variedade de materiais está disponível, bem como diferentes tamanhos e geometrias. Uma aranha é uma mola. Algumas aranhas são projetadas para conformidade linear e algumas são progressivas. Mais importante, devido às variações na altura do enrolamento da bobina de voz e no design da cesta, algumas aranhas incluem um lábio de montagem deslocado. Isso é chamado de aranha em concha. Este copo ou espaçador permite que a aranha se conecte ao formador da bobina de voz acima do enrolamento e, em seguida, conecte-se ao chassi enquanto mantém a bobina de voz verticalmente centralizada na lacuna magnética.
O gráfico acima mostra a conformidade da suspensão de dois alto-falantes diferentes de 6,5 polegadas de diâmetro com base na posição do cone. O gráfico em vermelho mostra a conformidade de um alto-falante que usa uma aranha em forma de concha. Você pode ver que com 6,5 mm de curso interno, a suspensão é 25% mais rígida do que com 6,5 mm de curso externo. O gráfico azul mostra um alto-falante de tamanho semelhante com uma aranha plana. Embora a complacência geral seja diferente, o comportamento nas direções para frente e para trás é quase idêntico.
O que procurar em uma aranha
Em última análise, queremos que a aranha exerça a mesma quantidade de força no cone e na bobina de voz enquanto se move para frente ou para trás a partir da posição de repouso. A quantidade de força não deve mudar com base na direção do deslocamento do cone. Imagine a distorção criada por um alto-falante tocando uma onda senoidal onde o cone não se move para trás para uma determinada quantidade de corrente enquanto se move para frente. Como tal, tente evitar alto-falantes que usam aranhas em forma de concha.
Ouça pessoalmente diferentes tecnologias de alto-falantes de áudio automotivo
Da próxima vez que você for ao seu revendedor local de acessórios para celular para ouvir novos alto-falantes, escolha dois preços muito diferentes e ouça a mesma parte de uma música em cada alto-falante. Ouça-os em um nível de volume razoavelmente alto e posicione-se do outro lado da sala. Alterne para frente e para trás até determinar as diferenças.
Em seguida, adicione uma terceira opção de alto-falante, com preço e destaque em algum lugar no meio. Faça a mesma comparação com este novo alto-falante e os alto-falantes caros. Depois de ouvir os palestrantes, peça para ver uma amostra de cada um e veja se você pode correlacionar algumas das características de design que discutimos com seu desempenho. Não é apenas uma ótima maneira de testar produtos, mas também de aprender sobre o que torna a tecnologia ou o design de um alto-falante de áudio automotivo melhor do que outro.
