Um alto-falante eletrodinâmico é um dispositivo que converte um sinal elétrico em som movendo uma bobina com corrente no campo magnético de um ímã permanente. Usamos esses dispositivos diariamente. Mesmo que você não seja um grande fã de música e não passe meio dia em fones de ouvido. TVs, rádios em carros e até telefones são equipados com alto-falantes. Este mecanismo familiar para nós é na verdade todo um complexo de elementos, e seu dispositivo é uma verdadeira obra de arte de engenharia.
Neste artigo, examinaremos mais de perto o dispositivo de alto-falante. Vamos discutir em que partes esse dispositivo consiste e como elas funcionam.
Histórico
Dia começar uma pequena digressão na história da invenção da eletrodinâmica. Alto-falantes de um tipo semelhante foram usados já no final da década de 1920. O telefone de Bell funcionava com um princípio semelhante. Envolvia uma membrana que se movia no campo magnético de um ímã permanente. Esses alto-falantes tinham muitas falhas graves: distorção de frequência, perda de som. Para resolver os problemas associados aos alto-falantes clássicos, Oliver Lorde sugeriu usar seu trabalho. Sua bobina se moveu através das linhas de força. um poucomais tarde, dois de seus colegas adaptaram a tecnologia para o mercado consumidor e patentearam um novo design de eletrodinâmica que ainda está em uso hoje.
Dispositivo de alto-falante
O alto-falante tem um design bastante complexo e consiste em muitos elementos. O diagrama do alto-falante (abaixo) mostra as principais partes que fazem o alto-falante funcionar corretamente.
O dispositivo de alto-falante acústico inclui as seguintes partes:
- suspensão (ou ondulação da borda);
- difusor (ou membrana);
- cap;
- bobina de voz;
- core;
- sistema magnético;
- suporte do difusor;
- leads flexíveis.
Diferentes modelos de alto-falantes podem usar diferentes elementos de design exclusivos. O dispositivo de alto-falante clássico é exatamente assim.
Vamos considerar cada elemento de design individual com mais detalhes.
Corrugação da borda
Este elemento também é chamado de "colar". Esta é uma borda de plástico ou borracha que descreve o mecanismo eletrodinâmico em toda a área. Às vezes, tecidos naturais com um revestimento especial de amortecimento de vibrações são usados como material principal. As ondulações são divididas não apenas pelo tipo de material de que são feitas, mas também pela forma. O subtipo mais popular são os perfis semi-toroidais.
Existem vários requisitos para o "colarinho", cuja observância indica sua alta qualidade. O primeiro requisito é alta flexibilidade. Frequência de ressonância de corrugaçãodeve ser baixo. O segundo requisito é que a ondulação seja bem fixada e forneça apenas um tipo de oscilação - paralela. O terceiro requisito é a confiabilidade. O "colarinho" deve responder adequadamente às mudanças de temperatura e desgaste "normal", mantendo sua forma por muito tempo.
Para obter o melhor equilíbrio de som, são usadas corrugações de borracha em alto-falantes de baixa frequência e papel em alto-falantes de alta frequência.
Difusor
O principal objeto radiante em eletrodinâmica é um difusor. O cone do alto-falante é uma espécie de pistão que se move em linha reta para cima e para baixo e mantém a característica amplitude-frequência (doravante denominada resposta de frequência) de forma linear. À medida que a frequência de oscilação aumenta, o difusor começa a dobrar. Por causa disso, aparecem as chamadas ondas estacionárias, que, por sua vez, levam a quedas e subidas no gráfico de resposta em frequência. Para minimizar esse efeito, os projetistas usam difusores mais rígidos feitos de materiais de menor densidade. Se o tamanho do alto-falante for de 12 polegadas, a faixa de frequência varia dentro de 1 quilohertz para baixas frequências, 3 quilohertz para médias e 16 quilohertz para altas frequências.
- Os difusores podem ser rígidos. Eles são feitos de cerâmica ou alumínio. Esses produtos fornecem o nível mais baixo de distorção de som. Os alto-falantes de cone rígido são muito mais caros do que seus equivalentes.
- Os difusores suaves são feitos de polipropileno. Essas amostras fornecem o som mais suave e quente devido à absorção de ondas por um material macio.
- Os difusores semi-rígidos são um compromisso. Eles são feitos de Kevlar ou fibra de vidro. A distorção provocada por tal cone é maior que as duras, mas menor que as macias.
Cap
A tampa é um invólucro sintético ou de tecido cuja principal função é proteger os alto-falantes da poeira. Além disso, a tampa desempenha um papel importante na formação de um determinado som. Em particular, ao reproduzir frequências médias. Para fins de fixação mais rígida, as tampas são arredondadas, dando-lhes uma leve curvatura. Como você provavelmente já entendeu, a variedade de materiais é a mesma para obter um determinado som. São utilizados tecidos com várias impregnações, filmes, composições de celulose e até malhas metálicas. Este último, por sua vez, também desempenha a função de radiador. Malha de alumínio ou metal conduz o excesso de calor para longe da bobina.
Puck
Às vezes também é chamada de "aranha". Esta é uma peça pesada localizada entre o cone do alto-falante e seu corpo. O objetivo da lavadora é manter uma ressonância estável para os woofers. Isso é especialmente importante se houver mudanças bruscas de temperatura na sala. A arruela fixa a posição da bobina e de todo o sistema de movimentação, além de fechar o vão magnético, evitando a entrada de poeira. As arruelas clássicas são um disco ondulado redondo. Opções mais modernas parecem um pouco diferentes. Alguns fabricantes alteram deliberadamente a forma das ondulações para aumentar a linearidadefrequências e estabilizar a forma do disco. Este design afeta muito o preço do alto-falante. As arruelas são feitas de nylon, chita grossa ou cobre. A última opção, como no caso da tampa, funciona como um mini-radiador.
Bobina de voz e sistema magnético
Então chegamos ao elemento que, na verdade, é o responsável pela reprodução do som. O sistema magnético está localizado em um pequeno intervalo do circuito magnético e, junto com a bobina, converte energia elétrica. O próprio sistema magnético é um sistema de um ímã na forma de um anel e um núcleo. Entre eles, no momento da reprodução do som, a bobina de voz se move. Uma tarefa importante para os projetistas é criar um campo magnético uniforme em um sistema magnético. Para fazer isso, os fabricantes de alto-falantes alinham cuidadosamente os pólos e equipam o núcleo com uma ponta de cobre. A corrente para a bobina de voz é fornecida através dos cabos flexíveis do alto-falante - um fio comum enrolado em um fio sintético.
Princípio de funcionamento
Descobrimos o dispositivo de alto-falante, vamos passar para o princípio de operação. O princípio de funcionamento do alto-falante é o seguinte: a corrente que vai para a bobina faz com que ela oscile perpendicularmente dentro do campo magnético. Esse sistema arrasta o difusor junto com ele, fazendo com que ele oscile na frequência da corrente aplicada, e cria ondas de descarga. O difusor começa a oscilar e cria ondas sonoras que podem ser percebidas pelo ouvido humano. Eles são transmitidos como um sinal elétrico para o amplificador. É daí que vem o som.
Faixa de frequência diretamentedepende da espessura dos núcleos magnéticos e do tamanho do alto-falante. Com um circuito magnético maior, a lacuna no sistema magnético aumenta e, com ela, a parte efetiva da bobina aumenta. É por isso que os alto-falantes compactos não podem lidar com baixas frequências na faixa de 16 a 250 hertz. Seu limite mínimo de frequência começa em 300 hertz e termina em 12.000 hertz. É por isso que os alto-falantes estalam quando você aumenta o volume.
Resistência elétrica nominal
O fio que fornece corrente à bobina possui resistência ativa e reativa. Para determinar o nível deste último, os engenheiros o medem a uma frequência de 1000 hertz e adicionam a resistência ativa da bobina de voz ao valor resultante. A maioria dos alto-falantes tem um nível de impedância de 2, 4, 6 ou 8 ohms. Este parâmetro deve ser considerado ao comprar um amplificador. É importante concordar com o nível de carga de trabalho.
Intervalo de frequência
Já foi dito acima que a maior parte da eletrodinâmica reproduz apenas uma parte das frequências que uma pessoa pode perceber. É impossível fazer um alto-falante universal capaz de reproduzir toda a faixa de 16 hertz a 20 kilohertz, então as frequências foram divididas em três grupos: baixa, média e alta. Depois disso, os designers começaram a criar alto-falantes separadamente para cada frequência. Isso significa que os woofers são os melhores para lidar com os graves. Eles operam na faixa de 25 hertz - 5 kilohertz. Os de alta frequência são projetados para funcionar com tops estridentes (daí o nome comum - "tweeter"). Eles trabalham emfaixa de freqüência 2 kilohertz - 20 kilohertz. Alto-falantes de médio porte operam na faixa de 200 hertz - 7 kilohertz. Os engenheiros ainda estão tentando criar um alto-falante de gama completa de qualidade. Infelizmente, o preço do alto-falante vai contra sua qualidade e não justifica.
Um pouco sobre alto-falantes móveis
Os alto-falantes de um telefone diferem construtivamente dos modelos "adultos". Não é realista colocar um mecanismo tão complexo em uma caixa móvel, então os engenheiros fizeram o truque e substituíram vários elementos. Por exemplo, as bobinas tornaram-se fixas e uma membrana é usada em vez de um difusor. Os alto-falantes do telefone são simplificados demais, portanto, não espere alta qualidade de som deles.
A faixa de frequência que tal elemento pode cobrir é significativamente reduzida. Em termos de som, está mais próximo dos dispositivos de alta frequência, pois não há espaço adicional na caixa do telefone para instalar núcleos magnéticos espessos.
O dispositivo de alto-falante em um telefone celular difere não apenas em tamanho, mas também na f alta de independência. Os recursos do dispositivo são limitados pelo software. Isso é feito para proteger o design dos alto-falantes. Muitas pessoas removem esse limite manualmente e depois se perguntam: "Por que os alto-falantes chiam?"
Em um smartphone comum, dois desses elementos são instalados. Um é falado, o outro é musical. Às vezes, eles são combinados para obter um efeito estéreo. De uma forma ou de outra, você pode alcançar profundidade e riqueza de som apenas com um sistema estéreo completo.
