Um dos componentes mais usados na reprodução sonora é o alto-falante comum de bobina móvel. Na verdade, quando se deseja uma boa potência de áudio como em sistemas de som, sonorização ambiente e som automotivo, o melhor recurso para se obter altas potências de uma forma eficiente e barata ainda é o alto-falante. O funcionamento dos alto-falantes de bobina móvel é o que veremos nesse artigo.
Nota: Artigo publicado na Eletrônica Total 130 de 2008.
Os alto-falantes comuns são transdutores que convertem energia elétrica em energia acústica. Em outras palavras, eles recebem um sinal elétrico que tem a frequência e a forma de onda de um som e o convertem nesse som, conforme mostra a figura 1.
O tipo mais comum de alto-falante utilizado atualmente é o de bobina móvel. Trata-se de um transdutor eletrodinâmico bastante eficiente, que tem a estrutura básica ilustrada na figura 2.
Nesse tipo de alto-falante existe uma bobina de tio de cobre esmaltado enrolada num tubinho que é preso ao cone do alto-falante. O cone pode ser de papelão ou plástico e tem um sistema de suspensão que permite que ele se movimente para frente e para trás.
A bobina está posicionada em tomo de urna peça de metal, denominada peça polar, podendo se mover mas sem tocar nela. O movimento é para frente e para trás.
A peça polar está em contato com um potente imã permanente de modo que ela concentra em torno da bobina desse campo, conforme exibe a figura 3.
Quando uma corrente que tenha frequência e forma de onda correspondente ao som que deve ser reproduzido percorre a bobina, um campo magnético com as mesmas características é criado.
Esse campo interage com o campo do imã concentrado na peça polar dotal modo que surgem forças proporcionais que tendem a movimentar a bobina e, consequentemente, o cone. Assim, as forças são no sentido de fazer o cone vibrar, Indo para frente e para trás, mas reproduzindo exatamente a forma de onda do sinal aplicado;
O resultado disso e que o cone se movimenta empurrando e puxando o ar em sua volta de modo a produzir ondas de compressão e descompressão do ar, ou seja, ondas sonoras, veja a figura 4.
Na prática, devido á elasticidade do material usado no cone e também devido às próprias características das ondas acústicas, a reprodução do som num alto-falante ocorre de forma mais intensa em certas zonas, conforme a frequência do som.
Por esse motivo, de acordo com a figura 5, temos urna reprodução mais intensa dos agudos na região central enquanto os médios ficam na região intermediária e os graves na periferia.
Esse comportamento faz com que os alto-falantes tradicionais tenham dimensões que correspondem justamente a faixa de sons que devem ser reproduzidas.
Tipos de alto-falantes
Para os sons agudos, por exemplo, os alto-falantes recomendados são de pequenas dimensões denominados tweeters".
Tecnologias modernas permitem obter alto-falantes de agudos com transdutores piezoelétricos, mas existem ainda os tipos de bobinas.
Esses alto-falantes se destinam à reprodução da faixa de frequências que tipicamente vai dos 5 000 Hz aos 15 000 Hz.
Para os sons médios existem os “mid ranges" que são alto-falantes relativamente pequenos, destinando-se à reprodução de sons entre 500 e 5 000 Hz.
Temos ainda os " woofers" e Sub woofers" que são alto-falantes pesados e grandes que se destinam à reprodução dos sons graves ou sons de baixas frequências como os sons de explosões, terremotos e outros muito apreciados no home-theater. Esses alto-falantes exigem potências elevadas para um bom desempenhe, conforme visto na figura 6.
Um tipo interessante de alto-falante encontrado em carros e em sistemas de som doméstico é o full range. Esse alto-falante tem uma reprodução razoava' em toda a faixa de frequências, sendo por isso urna alternativa econômica para sons que não precisem ou não possam ter três alto-falantes.
Finalmente temos o " extended range", encontrado principalmente em carros, que reproduz graves e médios, sendo usado em conjunto com um tweeter para a reprodução dos agudos.
Tecnologias modernas, entretanto, possibilitam a construção de alto-falantes extremamente compactos mas cora uma curva de resposta muito ampla, alcançando alto rendimento em quase todas as frequências do espectro audível.
Ligando Alto-Falantes
A principal característica elétrica dos alto-Falantes é a sua impedância. Na verdade, os alto-falante possuem urna impedância que depende da frequência conforme mostra a figura 7. O valor nominal da impedância de um alto-falante é dado normalmente para o ponto da característica em que ela é menor, o que costuma estar em tomo de 1 kHz.
Os alto-falantes comuns são dispositivos de baixas impedâncias com valores típicos como 3,2 ohms, 4 ohms, 8 ohms 16 ohms, etc.
Veja que se trata de uma impedância e não da resistência que o alto-falante deve apresentar quando o testamos com o multímetro, conforme ilustra a figura 8
O multímetro mede a resistência Ôhmica da bobina, ou seja, sua resistência em corrente contínua, um valor normalmente muito menor do que a impedância.
Conhecer a impedância de um alto-falante é de fundamental importância para que possamos usá-lo sozinho ou associado a outros alto-falantes em um sistema.
Pela figura 9 vemos que um amplificador entrega sua máxima potência a um alto-falante quando as impediências são iguais. A impedância de saída do amplificador deve ser a mesma que a do sistema de alto-falardes.
Se ligarmos à salda de um amplificador um alto-falante ou caixa de som que tenha impedância menor do que a da salda do amplificador, haverá urna sobrecarga dos circuitos de saída com a possível queima de componentes ou ainda atuação do sistema de proteção, impedindo o funcionamento.
Por outro lado, se ligarmos à saída de um amplificador uma caixa ou alto-falante com impedância maior, o sistema funcionará normalmente, mas com menor potência máxima.
Um outro ponto importante a ser observado nos alto-falantes é a sua fase, dada por uma marca nos terminais de ligação, normalmente um símbolo (+).
O que acontece é que, o sentida de circulação da corrente na bobina de um alto-falante vai determinar o sentido do movimento do cone. Assim sendo, conforme mostra a figura 10, se o sinal for positivo no terminal (+) em determinado instante, o movimento do cone será para frente.
Se o sinal aplicado ao terminal (+) num determinado instante for negativo, o movimento do cone será para trás.
O conhecimento da fase de alto-falantes é muito importante quando temos um sistema com diversos deles, acompanhe a figura 11.
Devemos cuidar para que todos os alto-falantes estejam em fase, pois se num determinado instante quando a polaridade do sinal for uma, alguns cones de alto-falantes se movendo para frente e outros para trás provocarão urna interferência destrutiva que afetará a qualidade do sinal.
De acordo com a figura 12, onde ternos alto-falantes ligados em conjunto, a Fase de Iodos deve ser a mesma.
É por esse motivo que os fios der conexão a caixas acústicas e mesmo sistemas de som são normalmente de duas cores: vermelha e preta. Sendo o fio vermelho sempre ligado ao terminal (+) do alto-falante da caixa.
Finalmente, devemos tratar da potência de um alto-falante. Para esse assunto vamos antes comentar o modo como essa grandeza é especificada, e que em alguns casos tem forma enganosa
A potência real (ou o quanto de energia por segundo uni sistema amplificador entrega a um alto-falante) é dada em termos FMS nu Root Mear Square que, traduzido, significa valor médio quadrático.
Se levarmos em conta um sinal senoidal, referente a um sorri puro, esse valor corresponde a aproximadamente 0,707 do valor máximo que o sinal atinge num semiciclo, conforme mostra a figura 13.
Trata-se, portanto, de uma média que indica o valor real ao longo de todo o semiciclo do sinal.
No entanto, na Fabricantes de equipamentos da som descobriram que podiam “aumentar” o valor da potência especificada em seus equipamentos se, em lugar do indicarem a potência rms, indicassem o valor de pico (peak). Isso acrescentava um ganho razoável no número usado na propaganda, mas sem mudar nada no som reproduzido.
Assim, um amplificador de 70 W rms se tornava um amplificador de 100 W de pico! (Justificando eventualmente um preço mais alto). Mas, a coisa rifle parou por ai. Vemos que se pegarmos o pico da potência num semiciclo, conforme mostra a figura 14, por uma fração extremamente pequena de tempo, o amplificador praticamente descarrega o capacitor de filtro do sua fonte no alto- falante, produzindo um pico de potência instantânea muito maior que o próprio valor de pico.
Esse pico pode chegar a 4 vezes a potência de pico, se bem que seja tão curto que não represente acréscimo perceptível no que ouvimos. No entanto, para os fabricantes esse pico é importante porque pode ajudá-los a "'vender" a falsa ideia de que seu amplificador é muito mais potente da que é na realidade.
Os fabricantes passam então a usar o termo PMPO para indicar esse valor instantâneo da potência.
Dessa forma, nosso amplificador de 70 W mis (real) que se tornou 100 W de pico, passa a ter 400 W pmpo e até mais, conforme o modo como seja feita a medição.
Nada mudou no amplificador que continua o mesmo: mas a propaganda cresce a potência e o vendedor tem mais argumentos para vender o produto aqueles compradores que nada sabem. Já chegamos a pegar urna caixa amplificada para computadores com um amplificador de 3 W no interior (rms) que era anunciada como 100 W de potência (PMPO).
Para os alto-falantes é comum que as potências sejam especificadas nos dois termos. O leitor deve ter cuidado pelos seguintes motivos:
• O primeiro é que um alto-falante não vai fornecer a potência indicada se o amplificador não a tiver. Assim, de nada adianta você ligar um alto-falante de 100 W num amplificador de 10 W. O alto-falante só vai reproduzir 10 W de potência.
• O segundo motivo e que o alto-falante deve ser capaz de suportar a potência fornecida pelo amplificador dando-se, é claro, uma margem de segurança.
Se o seu equipamento de som fornece 100 W rms você precisa usar uma caixa ou alto-falantes que Suportam peio menos 100 W rms. É claro que se o sistema tiver vários alto-falantes, a potência do amplificador vai se dividir entre eles. Uma margem de segurança é recomendada para que os alto-falantes não trabalhem no limite, o que pode causar aquecimento excessiva de suas bobinas ou sobrecarga do sistema mecânico, danificando-os em pouco tempo.
Fones de Ouvido
Atualmente, existem pequenos fones de ouvido dinâmicos que nada mais são do que pequenos alto-falantes de muito baixa potência, veja a figura 15.
A potência deles é da ordem de 500 mW ou 1 W tipicamente e eles podem ter impedâncias que variam entre 8 ohms e 300 ohms.
Conclusão
Os alto-falantes ainda consistem na solução mais adotada para a reprodução de som em sistemas de todos os tipos. No entanto, como qualquer componente eletrônico, eles possuem especificações que devem ser observadas com cuidado. Neste artigo vimos corno interpretar essas especificações em função do funcionamento desses componentes, além de alguns cuidados que devem ser tomados com o seu uso.
