Você já ouviu música e se perguntou como um alto-falante pode criar som? Neste artigo detalhado, usando
clear explicações e diagramas, vou explicar como eles funcionam.
Você também aprenderá: - As partes dentro de um alto-falante
- Cone único x alto-falantes coaxiais
- Explicação de alto-falantes de 2 e 3 vias
- Cruzamentos de alto-falantes
- O que significam impedância, sensibilidade e resposta de frequência do alto-falante
Primeiro de tudo:o que há dentro de um alto-falante?
Um
alto-falante às vezes é chamado de
alto-falante eletrodinâmico porque transforma eletricidade em movimento através de campos magnéticos criados a partir do sinal elétrico musical. Um
driver de alto-falante é um conjunto de alto-falante único usado para montar um sistema de alto-falante.
O que há dentro de um alto-falante?
A maioria dos alto-falantes são feitos das seguintes partes que trabalham juntas para criar som:
- Ímã permanente :um ímã é usado para fornecer um campo magnético fixo ao redor da bobina de voz para possibilitar o movimento.
- Bobina de voz e bobina: A bobina é um tubo redondo preso ao fundo do cone. Uma bobina de fio muito longa e bem enrolada, chamada bobina de voz, cria um campo magnético à medida que a eletricidade flui através dela a partir do sinal musical de um amplificador.
- Aranha ou suspensão: a aranha é um material de tecido fino em forma ondulada que suporta o conjunto da bobina da bobina de voz e ajuda a empurrar o cone de volta ao lugar enquanto ele se move.
- Cone (diafragma) e tampa contra poeira :este é um material rígido em forma de cone que é movido pelo ímã e pela bobina de voz juntos para mover o ar e criar som. A tampa contra poeira é um material fino (como uma "tampa") que cobre a abertura no centro para impedir a entrada de poeira e sujeira.
- Cesta de palestrantes: a cesta é uma armação de metal fundido ou de metal estampado que as peças do alto-falante são fixadas e mantém tudo alinhado. Ele também fornece uma maneira de montar o conjunto do alto-falante em uma caixa.
- Terminais de alto-falante e fio trançado: os terminais do alto-falante são guias ou conectores de metal que conectam o fio do alto-falante ao alto-falante. Eles se conectam à bobina de voz usando um fio trançado flexível que se move com o cone.
- Arredores: este é um material circular flexível e durável (geralmente borracha ou algum tipo de espuma) que prende a borda superior do cone à cesta.
O que um cone de alto-falante faz?
Um cone de alto-falante (também chamado de diafragma) é o principal componente do alto-falante responsável por criar uma onda sonora cada vez que ele move o ar para frente e para trás rapidamente. Estes são normalmente feitos de materiais leves, mas rígidos, como papel prensado, plásticos, fibra de carbono ou até mesmo metal fino.
O nome “cone” do alto-falante refere-se ao seu formato:um formato de cone invertido com uma abertura central onde o conjunto bobina e bobina de voz está conectado. Uma tampa de poeira é presa ao cone sobre essa abertura na parte inferior para evitar que contaminantes entrem. Ambos são suportados na parte inferior por um material rígido, mas flexível, às vezes chamado de “aranha”.
O tipo e o design dependem do alto-falante. Por exemplo, os subwoofers produzem ondas sonoras graves muito grandes e movimento de ar substancial e precisam de um design mais espesso e rígido.
Por outro lado, os tweeters usam um design muito pequeno, em forma de cúpula e leve para desempenho de frequência mais alta, porque essa faixa de som usa ondas sonoras menores.
O que um ímã de alto-falante faz?
Os ímãs de alto-falante são geralmente um ímã permanente (geralmente um material magnético do tipo cerâmica ou neodímio) com uma lacuna circular fina na qual a bobina de voz é suspensa.
O ímã fornece uma área de campo magnético estável que atrai ou repele a bobina de voz. Como a bobina desenvolve um campo magnético, é um pouco como um eletroímã. Os ímãs de neodímio são mais fortes para seu tamanho (campos magnéticos mais densos), mas os ímãs de cerâmica, embora maiores, são mais econômicos. Essa é uma das razões pelas quais os ímãs de cerâmica são mais populares para uso em alto-falantes.
Alguns, mas não todos, ímãs de alto-falante têm um orifício no centro para ajudar a ventilar a bobina de voz e mantê-la fria.
O que é um alto-falante de bobina dupla?
Os alto-falantes de bobina dupla oferecem um segundo enrolamento de bobina de voz no mesmo alto-falante e no mesmo conjunto de bobina de bobina de voz. Esses tipos de alto-falantes permitem algumas opções adicionais que os alto-falantes de bobina única não oferecem:
- Flexibilidade na fiação (2 ohms, 4 ohms, 8 ohms etc.) para melhor compatibilidade com amplificadores e receptores estéreo.
- Para subwoofers ou outros alto-falantes maiores, você pode alimentá-los com mais configurações de fiação ou até 2 amplificadores cada, o que não pode ser feito com modelos de bobina de voz única.
- Eles podem ser acionados com 2 canais de amplificadores que não podem ser conectados para obter mais potência.
Na maioria das vezes, você encontrará subwoofers disponíveis em uma versão de bobina de voz dupla por um pouco mais de dinheiro.
Embora ofereçam mais opções de configuração de fiação, os alto-falantes de bobina de voz dupla (DVC) não oferecem melhor desempenho do que os de bobina de voz única (SVC).
Além disso, alto-falantes como tweeters para som agudo e alto-falantes de médio porte para instrumentos e vocais normalmente não são feitos em uma versão de bobina de voz dupla.
Exemplos de duas bobinas de alto-falante com bobinas duplas. Esquerda:as duas bobinas não estão juntas enquanto (direita) neste exemplo elas estão em camadas uma sobre a outra. Como funcionam os alto-falantes? Explicação passo a passo + diagrama animado
Neste diagrama animado, você pode ver como funciona um alto-falante. Um estéreo ou amplificador aciona o alto-falante com um sinal elétrico que alterna de positivo para negativo na forma do sinal musical. Ao fazer isso, a corrente elétrica flui através da bobina de voz do alto-falante, criando um campo magnético que faz com que ele se aproxime ou se afaste do ímã à medida que muda de positivo para negativo. Isso move o conjunto do cone que cria ondas sonoras à medida que o ar se move rapidamente. Os alto-falantes usam corrente alternada (CA) que muda de direção (polaridade) exatamente como as ondas sonoras na vida real. Como os alto-falantes funcionam no diagrama completo
Um alto-falante (também conhecido como alto-falante, um nome de antigamente) usa um sinal de energia elétrica de corrente alternada (AC) e é acionado por um estéreo ou amplificador.
O sinal elétrico para o alto-falante é uma voltagem amplificada que é uma duplicata do sinal musical original de uma fonte de áudio, mas com potência suficiente para acionar os alto-falantes com bom volume.
Aqui está um detalhe passo a passo de como os alto-falantes funcionam: - (Começando do ponto de saída zero) Uma tensão de saída representando a forma de onda musical começa e começa a subir. A corrente elétrica começa a fluir pela bobina de voz do alto-falante do lado positivo para o lado negativo.
- Um campo magnético é criado ao redor da bobina de voz e tem a mesma polaridade do ímã permanente preso à cesta do alto-falante (quadro). (Lembre-se de que campos magnéticos idênticos se repelem e opostos se atraem)
- O cone/diafragma começa a se mover para frente e cria pressão de ar, criando som.
- À medida que a tensão do sinal elétrico aumenta em direção ao topo da onda senoidal no sinal musical, a corrente aumenta e a bobina de voz aumenta a força do campo magnético.
- Isso empurra o cone ainda mais para fora.
- O sinal passa pelo ponto de saída mais alto e começa a cair. A corrente começa a cair também e o cone começará a retornar mais perto de sua posição desligada (tensão zero).
- O sinal atinge zero (também chamado de "limite de cruzamento de tensão zero") e o cone volta ao ponto de partida.
- O sinal elétrico começa a reverter à medida que muda para uma tensão negativa. Quando isso acontece, a corrente flui do lado negativo da bobina de voz para o positivo, criando um campo magnético de polaridade invertida.
- O campo magnético da bobina de voz agora é o oposto do ímã permanente que o atrai e o cone começa a se mover da frente para trás (em vez do original de trás para frente).
- À medida que o sinal continua, o cone se move em sentido inverso, criando a outra metade das ondas sonoras criadas pelo movimento do ar.
- A saída do amplificador ou estéreo retorna a zero e o próximo sinal de áudio começa quando a tensão de saída do novo sinal começa a subir, com o ciclo recomeçando.
Em suma, os alto-falantes são apenas uma espécie de motor elétrico:são alimentados por um sinal elétrico e o transformam em uma saída mecânica:movendo o ar para criar sons musicais.
Ocasionalmente, os falantes são chamados de
transdutores .
O que significa impedância do alto-falante? (Explicação das classificações de ohm do alto-falante)
A impedância do alto-falante, medida em Ohms, é a resistência total ao fluxo de corrente elétrica através de uma bobina de alto-falante. Ao contrário dos condutores padrão, como a bobina de voz é enrolada firmemente em uma bobina, isso complica as coisas porque adiciona indutância. A indutância é diferente da resistência, pois muda à medida que a frequência muda e isso é chamado de
reatância indutiva. Em outras palavras, quando os campos magnéticos da bobina de voz são criados, eles se opõem um pouco ao fluxo de corrente elétrica.
Por causa da propriedade da física e como a indutância funciona, a “impedância” do alto-falante (resistência total) não é a soma da resistência e da reatância indutiva – é um pouco mais complicado do que isso.
Em vez disso, é a soma algébrica (a raiz quadrada da soma dos quadrados) de cada um. A reatância indutiva é comumente escrita como “Xl” e é medida em Ohms assim como a resistência padrão.
Fórmula de impedância do alto-falante
Se você gosta de matemática sofisticada, pode ver aqui como a impedância do alto-falante é calculada. É a soma geométrica da resistência no enrolamento do fio de cobre de voz e a resistência causada por sua indutância em uma determinada frequência.
A coisa mais importante a entender sobre a impedância do alto-falante é:
- A impedância do alto-falante é sempre igual ou maior que a resistência do fio da bobina de voz. Você pode medir isso com um ohmímetro.
- O número de impedância em um alto-falante é uma diretriz geral para compatibilidade, não exatamente o que o alto-falante mede.
- A impedância muda ligeiramente (aumenta) à medida que a frequência que está sendo reproduzida aumenta.
Na verdade, se você usar um medidor de teste para medir os Ohms (impedância) da bobina de voz em um alto-falante, você encontrará uma leitura de cerca de 3,2-3,6 ohms ou mais para um alto-falante de 4 ohms e 6 ohms ou superior para um alto-falante de 8 ohms.
Imagem mostrando como medir a impedância do alto-falante com um ohmímetro. Isso mede apenas a resistência de corrente contínua (DC) do fio na bobina de voz, não a impedância total dele com a música tocando devido à indutância. no entanto, será muito próximo na maioria dos casos e você pode dizer ao alto-falante a categoria Ohm (4 ohms, 8 ohms, etc).
De onde vieram os alto-falantes de 4 ohm e 8 ohm?
Alto-falantes de 4 ohms (e às vezes 2 ohms) são mais comumente usados para sistemas de som automotivo. A prática começou há muito tempo, quando rádios e alto-falantes foram instalados pela primeira vez na fábrica quando os carros foram construídos.
Como apenas uma tensão mais baixa (12V) está disponível para alimentá-los em carros, é mais difícil produzir energia para o alto-falante do que para aparelhos de som domésticos, onde há muita tensão disponível.
8 ohms é mais comumente usado para alto-falantes do sistema estéreo doméstico. Os aparelhos de som domésticos são alimentados por uma fonte de tensão mais alta (110V como nos EUA), por isso são mais fáceis de projetar e podem alimentar facilmente alto-falantes de impedância mais alta (8 ohms). Em ambos os casos, essas classificações de Ohm tornaram-se comuns para alto-falantes domésticos e automotivos.
Por que um gabinete de alto-falante é necessário?
Um gabinete de alto-falante (“caixa”) é muito importante por vários motivos:
- Evitando que as ondas sonoras dianteiras interfiram e cancelem as ondas traseiras.
- Permitir que o som de graves de baixa frequência seja produzido adequadamente, ajustado ou aprimorado.
- Atenuação da vibração dos alto-falantes enquanto eles funcionam.
- Direcionar como o som é disperso.
Uma caixa de alto-falante (ou “gabinete de alto-falante”) geralmente é feita de um material espesso como madeira ou painel de fibra de média densidade (MDF), pois são fortes e não flexionam muito. Enquanto um subwoofer ou alto-falante de médio porte precisa ser usado em uma estrutura selada, os tweeters não precisam.
Isso porque os tweeters direcionam o som apenas para a frente e não produzem ondas sonoras para a parte traseira. Em alguns casos (como para alto-falantes surround), eles podem ser menores que o par de gabinetes de alto-falantes frontais (principal).
O que é resposta de frequência do alto-falante e sensibilidade do alto-falante?
O que é resposta de frequência do alto-falante?
Um exemplo de um gráfico típico de resposta de frequência de alto-falante é mostrado aqui. Os alto-falantes não são perfeitos e não produzem um volume perfeitamente uniforme na faixa de som que podemos ouvir. Por isso, é útil saber em que faixa de frequência eles têm um bom desempenho. A resposta de frequência do alto-falante é o desempenho medido de um alto-falante, em decibéis (dB) de volume, em uma faixa de frequências de som. Esta é geralmente a faixa de 20 Hertz (Hz) a 20 kiloHertz (KHz) usada como padrão para alto-falantes de áudio.
A faixa de 20-20kHz é usada porque é a faixa de som que um humano com boa audição pode perceber e a música geralmente é gravada.
A resposta de frequência do alto-falante é importante por vários motivos:
- Combinando alto-falantes para sistemas de 2 ou 3 vias
- Escolhendo os alto-falantes com melhor desempenho para um design de áudio
- Projetando sistemas de alto-falantes e crossovers de alto-falantes
- Uso de equipamento de áudio, como um equalizador ou processador de sinal digital (DSP) para corrigir áreas onde o alto-falante produz muito (um pico) ou insuficiente (um mergulho)
Embora alguns alto-falantes incluam um gráfico ou outras especificações para ajudá-lo a entender como eles funcionam, nem todos o fazem. É algo que você geralmente encontra em varejistas que estocam alto-falantes simples para um design de alto-falante mais avançado.
A maioria dos alto-falantes de carros ou domésticos prontos para uso não inclui o gráfico de resposta real, mas sim um intervalo aproximado. Alto-falantes mais caros podem fazê-lo, no entanto.
Se você tiver o equipamento certo, também poderá medi-lo em casa usando um programa analisador em tempo real (RTA) e um microfone de alta qualidade para esse fim.
O que é a sensibilidade do alto-falante?
A sensibilidade de um alto-falante é uma medida feita pelo fabricante. É uma medida do volume produzido em uma frequência de som fixa e (geralmente) com 1 watt de potência é entregue ao alto-falante a 1 metro (3,28 pés) do microfone de teste. A sensibilidade do alto-falante é uma especificação fornecida pelo fabricante útil para comparar ou combinar alto-falantes. É uma medida do volume produzido, em decibéis (dB), de um alto-falante a 1 metro (3,28 pés) de um microfone de teste para uma única frequência. O parâmetro de sensibilidade geralmente é expresso como “89dB @ 1W/1M”, por exemplo.
Na maioria dos casos, a medida padrão é o volume em dB a um watt de potência a 1 metro de distância e, muitas vezes, uma frequência de som como 1KHz (dependendo do tipo de alto-falante) pode ser usada.
A sensibilidade varia de alto-falante para alto-falante, sendo os tweeters mais eficientes (produzindo mais som no mesmo nível de potência) do que outros. Os subwoofers são menos eficientes, pois precisam de mais energia para mover o cone pesado e criar som.
Os subwoofers tendem a ter uma sensibilidade em torno de 87dB, alto-falantes de médio porte em torno de 89dB ou mais, e tweeters tão altos em 93-102dB, dependendo do tipo.
Diferenças de medição de sensibilidade
A sensibilidade às vezes é medida de forma ligeiramente diferente. Isso porque uma voltagem diferente é necessária para alto-falantes de 4 ohm vs 8 ohm para produzir a mesma quantidade de energia que a resistência em ohms (impedância do alto-falante) é diferente.
Portanto, menos corrente flui através de um alto-falante de 8 ohms, fazendo com que ele receba menos energia para a mesma tensão que um alto-falante de 4 ohms.
Nesse caso, uma sensibilidade de dB a 2,83V/1M pode ser usada para alto-falantes de 8 ohms. Em 2,83V um alto-falante de 8 ohm desenvolve 1 watt de potência. Da mesma forma, para alto-falantes de 4 ohms, um dB de 2V/1M pode ser usado.
Essas medidas não são realmente padronizadas na indústria de alto-falantes, portanto, as medidas fornecidas por um fabricante podem ser “1W/M” ou “xV/M”, dependendo do que eles fornecem. Ao usar essa medida para comparar ou combinar alto-falantes, é importante prestar atenção a isso.
O que são alto-falantes coaxiais?
Os alto-falantes coaxiais são um tipo de alto-falante de 2 vias projetado para ocupar menos espaço e substituir alto-falantes de cone único. Eles geralmente incluem um tweeter separado e um ou mais crossovers embutidos. Os alto-falantes coaxiais fornecem som aprimorado em um único alto-falante de cone e permitem mais opções de preços e opções de instalação. Os alto-falantes coaxiais são alto-falantes de 2 vias montados no mesmo “eixo” ou no mesmo conjunto de alto-falante. A maioria dos alto-falantes coaxiais fornece um cone de gama completa e adiciona um tweeter separado com crossover para melhorar a fidelidade do som e a resposta de frequência em comparação com um alto-falante de cone único padrão.
Pense em alto-falantes coaxiais como um ponto médio entre alto-falantes de cone único (os alto-falantes mais básicos, com desempenho medíocre ou ruim) e alto-falantes componentes (alto-falantes separados com um crossover de alto-falante externo). Eles oferecem boa fidelidade a um preço acessível na maioria dos casos.
Os alto-falantes coaxiais oferecem várias vantagens: - Atualização de som fácil:eles são um substituto imediato para alto-falantes de cone único com som ruim.
- Mais opções de fabricação de alto-falantes e faixas de preço para compradores (diferentes níveis de qualidade de tweeter, design de crossover, materiais de cone etc.).
- Desempenho um pouco semelhante a alto-falantes de componentes de 2 vias separados sem a necessidade de uma caixa de crossover separada volumosa.
- Eles são muito comuns. Na verdade, são a atualização mais popular dos alto-falantes do carro e são fáceis de encontrar nas compras.
- Muito acessível:bons alto-falantes coaxiais podem ser encontrados por cerca de US$ 25 ou mais por par, dependendo do tamanho e da qualidade.
- Os alto-falantes coaxiais podem corrigir a resposta de frequência ruim (frequências de som ausentes) que você encontra nos alto-falantes de cone único.
Coaxiais vs alto-falantes padrão/cone único
Os alto-falantes coaxiais oferecem melhor desempenho de som do que os alto-falantes de cone único padrão, mesmo aqueles com um cone “whizzer” adicionado para melhorar o som agudo. Eles fornecem uma melhor resposta de frequência porque adicionam um ou mais cones (geralmente um tweeter) para produzir a faixa superior de som (agudos ou “agudos”) que um único cone geralmente não consegue.
Os alto-falantes coaxiais soam melhor
Embora alguns alto-falantes padrão mais baratos possam ter um cone “whizzer” adicionado, que é um pequeno segundo cone conectado ao cone maior para melhorar os agudos, eles ainda são decepcionantes. Ainda não ouvi um que soasse muito bem.
Os alto-falantes coaxiais, por outro lado, usam pelo menos um alto-falante adicional (geralmente um tweeter) para compensar a diferença e produzir frequências mais altas mais nítidas e com melhor som.
Na verdade, em todos os meus anos de trabalho de instalação de alto-falantes automotivos, não consigo me lembrar de um único alto-falante padrão que não fosse bom o suficiente para mantê-lo ou substituí-lo por um modelo coaxial.
Embora os alto-falantes instalados na fábrica geralmente tenham um custo muito baixo, os alto-falantes coaxiais - mesmo para um bom par de som - não são caros. Você pode obter um par de ótimo som por US $ 25 a US $ 30 ou mais hoje em dia e cerca de US $ 20 se estiver com um orçamento extremo.
O que é um alto-falante de 2 vias? O que é um alto-falante de 3 vias?
O que é um alto-falante bidirecional?
Os alto-falantes de 2 vias usam um tweeter e um woofer separado, trabalhando juntos, para criar toda a gama de reprodução de música. Nesse tipo de sistema de alto-falantes, os tweeters recebem apenas um som de alta frequência de um crossover passa-alta, enquanto o driver principal é alimentado de médios e graves do crossover passa-baixa. O resultado é um som muito claro e agradável.
Os alto-falantes de 2 vias são o design de alto-falante de baixo custo mais comum em uso hoje, tanto para aparelhos de som domésticos quanto para carros.
Eles usam um tweeter, que recebe apenas frequências mais altas de um crossover de alta frequência, e um woofer, que recebe apenas sons graves e médios de um crossover de baixa frequência, para produzir uma gama completa de sons. Em outras palavras, eles separam o som que você ouve entre dois alto-falantes para obter melhores resultados do que um único alto-falante sozinho. Isso é feito porque os woofers não podem produzir sons de frequências mais altas e devem ser impedidos de produzir frequências de agudos.
Da mesma forma, os tweeters ficam distorcidos ao tentar produzir sons graves ou de baixa frequência. O uso de um sistema de crossover de alto-falante de 2 vias limita a faixa de som que cada um recebe, permitindo menor distorção e melhor qualidade de som em volumes mais altos também.
Como funciona um crossover de alto-falante de 2 vias?
Os crossovers de duas vias usam componentes elétricos para filtrar e dividir o sinal elétrico de música de um amplificador ou estéreo e dividi-lo entre o tweeter e o woofer, resultando em um som melhor. O crossover high-pass bloqueia graves e médios causadores de distorção que o tweeter não consegue suportar. Da mesma forma, o filtro passa-baixas bloqueia frequências mais altas que um alto-falante de graves não consegue reproduzir bem e que causaria um desempenho ruim se usado.
À medida que os alto-falantes tocam, a saída de crossover dividida resulta em uma saída de áudio de faixa completa completa que é muito melhor do que o que um único alto-falante poderia produzir.
O que é um alto-falante de 3 vias?
Os alto-falantes de 3 vias são uma extensão dos alto-falantes de 2 vias com a adição de um terceiro alto-falante usando um cruzamento de banda. O 3º alto-falante permite uma produção de som de médios aprimorada e ainda melhor, distorção reduzida e clareza ao descarregar o som de médios para um alto-falante de médios dedicado.
No entanto, o design do crossover (dependendo da ordem do crossover ou da inclinação do corte) é mais complicado para aqueles com um corte mais nítido para bloquear frequências indesejadas.
Os alto-falantes de 3 vias são menos comuns devido ao custo e complexidade adicionais, mas são uma boa opção para construtores de alto-falantes e audiófilos que desejam um desempenho mais avançado. Eles também oferecem a opção de obter um som aprimorado usando alto-falantes de médio porte de alto desempenho que são mais adequados a ele do que os modelos midbass.
O que é um alto-falante Bluetooth?
Diagrama mostrando como um alto-falante Bluetooth funciona. Alto-falantes sem fio como este recebem o sinal de áudio em formato digital, convertem-no de volta para analógico e amplificam, em seguida, conduzem o alto-falante para dentro. Os alto-falantes Bluetooth são essencialmente um sistema de som portátil composto por uma bateria, um receptor e amplificador sem fio integrado e alto-falantes. Eles se conectam ao protocolo sem fio BT para smartphones, TVs e muito mais. A música é transmitida em formato digital para o receptor e depois convertida de volta ao sinal original antes de ser amplificada para alimentar o driver ou os drivers do alto-falante interno.
Como uma bateria é usada para alimentá-los, eles são altamente portáteis e ótimos quando você não precisa de um grande receptor ou amplificador estéreo.
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