Embora tenha havido avanços significativos tanto no design como na fabricação das colunas, os fundamentos da tecnologia dos altifalantes não mudaram em cerca de 100 anos: O driver dinâmico de Edward Kellogg e Chester Rice de 1925 ainda é a base de praticamente todos os altifalantes do mercado hoje em dia, desde o do seu telefone até aos do seu sistema de home theatre.
Mas como funcionam as colunas? Vamos começar com o básico.
Nota do editor: este artigo foi actualizado em 12 de Março de 2021, para incluir mais informação técnica.
Como funcionam as colunas: o básico
Um driver de coluna é o componente electroacústico em bruto que faz um altifalante funcionar. Como um transdutor, sua função é transformar energia de uma forma para outra. Especificamente, este transdutor transforma as ondas eléctricas amplificadas do seu dispositivo de reprodução, seja o seu telefone ou o cartucho do seu gira-discos, em ondas de pressão sonora no ar para os seus ouvidos detectarem.
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O driver do altifalante: um motor electromagnético simples mas brilhante
Um amplificador alimenta um sinal para dois terminais na parte de trás de um altifalante. Estes terminais passam a corrente para uma bobina cilíndrica de fio, que fica suspensa no espaço circular entre os pólos de um íman permanente. Esta bobina move-se para a frente e para trás dentro do campo magnético à medida que a corrente que passa por ela alterna em direcção ao sinal aplicado, de acordo com a lei de Faraday. O centro do cone do altifalante é ligado a uma extremidade, que é impulsionada para trás e para a frente pela bobina em movimento. Este cone é segurado nas suas extremidades por uma suspensão hermética ou surround. Conforme o cone se move, ele empurra e puxa o ar ao redor; ao fazer isso, ele cria ondas de pressão no ar, chamadas som.
Então é assim que o driver do alto-falante funciona, mas por que eles parecem sempre estar montados em caixas? Se o driver faz som por si só, para que serve a caixa? E os orifícios de porta e aqueles outros pedaços?
Por que são colocados altifalantes em caixas?
Cada altifalante de prateleira Fluance Ai40 apresenta um tweeter 1″ e um driver 5″.
Quando o cone do driver de um altifalante se move, cria uma onda de pressão tanto da frente como de trás. Ao mover-se na sua direção, empurrando o ar e criando uma pressão positiva, ele simultaneamente puxa o ar para trás, criando uma pressão negativa. Se o comprimento de onda que corresponde à frequência do sinal reproduzido for grande relativamente ao tamanho do condutor, a pressão gerada pelos dois lados do condutor irá efectivamente cancelar um ao outro. Assim, a qualquer distância útil, as baixas frequências (graves) são tornadas inaudíveis. Se você quiser tentar isso em casa, remova um driver do seu invólucro. Você notará uma qualidade de som “metálica” em comparação com o som do alto-falante quando montado.
Para que um alto-falante funcione bem em todas as freqüências, devemos evitar que a onda de pressão criada pela parte de trás do cone do alto-falante cancele a onda criada pela parte da frente do cone. Se você fosse montar o driver em uma grande e rígida folha de material (um defletor), você poderia conseguir o mesmo efeito. Um deflector precisa de ser grande para evitar o cancelamento de baixa frequência, por isso, isto é impraticável na maioria das aplicações. As caixas fechadas permitem uma forma mais prática de o fazer.
Nem todas as caixas de altifalantes têm o formato de caixa…
Uma combinação das propriedades mecânicas do condutor e o tamanho da caixa definem o comportamento de baixa frequência de um sistema de altifalantes de caixa fechada montada. Sem ficar super técnico, o ar na caixa age como uma mola que o cone empurra e puxa contra, e esse sistema tem uma frequência de ressonância abaixo da qual a sua saída cai consideravelmente.
Os alto-falantes devem ser herméticos: as fugas na caixa permitem o cancelamento que queremos evitar.
Por que alguns alto-falantes têm furos neles?
Você deve ter notado que muitas caixas de alto-falantes têm furos circulares, ou às vezes furos, geralmente na frente ou atrás. O que você está vendo são portas, ou aberturas, e isso identifica o que é conhecido como caixa de reflexo de graves.
Uma caixa de reflexo de graves funciona essencialmente da mesma forma que quando você sopra ar sobre uma garrafa de cerveja aberta e uma nota soa. A nota muda com a quantidade de líquido na garrafa porque o volume de ar dentro da garrafa muda. Se você fosse capaz de esticar o gargalo de vidro da garrafa, isso mudaria a nota também. É um sistema ressonante que pode ser afinado ajustando as dimensões da porta (gargalo da garrafa) ou o volume da caixa (garrafa).
Este altifalante de graves reflexos tem uma porta de graves traseira.
Se afinado correctamente, o que isto faz é criar uma ressonância logo abaixo do ponto em que a resposta do altifalante normalmente rola, prolongando efectivamente o desempenho dos graves do sistema. Para que isso funcione corretamente, a sintonia da porta é calculada para o driver específico no gabinete específico. Se você trocar o driver por um tipo diferente, mesmo que seja o mesmo diâmetro de cone, a sintonia da caixa e da porta não será mais apropriada e não soará corretamente.
Os alto-falantes que usam radiadores passivos funcionam com o mesmo princípio básico, mas com um cone de alto-falante carregado em massa e sem potência, criando a ressonância de graves com o volume de ar fechado.
Tweeters and woofers
Agora, você deve ter notado que na maioria dos alto-falantes, particularmente quando eles ficam maiores do que pequenas caixas portáteis, você pode ver mais de um driver de alto-falante – normalmente um de diâmetro menor no topo de um maior.
Estas colunas têm dois tamanhos de driver de colunas: tweeters acima e woofers abaixo
Existem várias razões pelas quais as colunas utilizam vários drivers em tamanhos diferentes. Embora seja verdade que um único driver pode cobrir quase todo o espectro audível por si só, há uma série de limitações com as quais ele se depara. Se o driver for pequeno não pode mover muito ar e terá dificuldade em gerar graves a um nível útil.
Aprenda mais: Tipos de drivers explicados
Condutores maiores podem mover mais ar, mas o problema é que os alto-falantes se tornam mais direcionais à medida que as freqüências que eles estão reproduzindo sobem. Isto é conhecido como beaming.
Quando a frequência aumenta, o comprimento de onda associado diminui; os drivers dos alto-falantes geralmente começam a ser emitidos numa frequência com um comprimento de onda igual ao diâmetro do cone radiante. Isto significa que você só ouvirá as freqüências mais altas se estiver bem no eixo com o alto-falante. Não produz um som equilibrado ou um bom alto-falante. A solução simples é usar diferentes tamanhos de drivers com cada um adaptado para reproduzir uma gama específica de frequências – partes diferentes do espectro audível (graves e agudos, ou graves, médios, agudos).
Woofers e tweeters e portas, oh my!
Este conceito funciona em conjunto com uma rede de divisão de frequências na caixa de alto-falantes chamada crossover. Um crossover delega a faixa de frequência certa para cada tipo de driver: tweeters para os altos e woofers para os baixos.
Porque vale a pena saber como os alto-falantes funcionam
Você não precisa conhecer a ciência por trás dos alto-falantes para poder ouvi-los e apreciá-los. Mas se você pretende gastar muito dinheiro em equipamentos de áudio, é sempre uma boa idéia primeiro se equipar com algum conhecimento. Um pouco de conhecimento básico irá ajudá-lo a entender porque certas decisões de design foram tomadas, como elas influenciam o som, e para ajudá-lo a identificar vendedores de óleo de cobra.