TONS MÉDIOS: 500 A 2000 Hz

TONS AGUDOS: 2000 A 20000 Hz

2.4. O QUE É TIMBRE?

Quando vibramos um diapasão, emitimos uma nota musical pura, ou seja, o som puro com apenas uma freqüência fundamental. Porém, os instrumentos musicais (por exemplo, a corda de uma guitarra ou de um violino) emitem ondas sonoras com a freqüência fundamental e com múltiplos desta freqüência, que são chamados de harmônicos.

Podemos emitir uma nota "lá" com freqüência de 440Hz e ter um segundo harmônico de 880Hz (2 x 440) ou um terceiro de 1320Hz (3 x 440).

A intensidade do som dos harmônicos é diferente. Cada instrumento emite estes harmônicos de uma forma. Essa propriedade é chamada de timbre. Ou seja, o timbre é a propriedade que nos permite distinguir se um determinado som de mesma frequênciaé produzido por um piano ou por um saxofone. Cada instrumento possui um timbre. É ele que dá o "colorido" na música.

2.5. O OUVIDO HUMANO:
O ouvido humano é o receptor final da mensagem enviada através do som. Portanto, devemos saber como ele se comporta diante das ondas sonoras. a) Quanto à freqüência: Conseguimos ouvir na faixa de 20 a 20000Hz. Porém, nosso ouvido não é linear, ou seja, não ouvimos do mesmo jeito em toda esta faixa de freqüências. Na verdade, ouvimos melhor na faixa de freqüências médias (que é a faixa da fala humana), ou seja, de aproximadamente 200 a 3000Hz (em 70dB).

b) Quanto à intensidade: O chamado limiar da audição é 0dB, ou seja, abaixo disso não conseguimos ouvir. O limiar doloroso é de 140dB, ou seja, a partir daí nosso ouvido não pode suportar o som (danos à audição)

Pelo gráfico, notamos que o falante responde bem a partir de 100Hz (tom grave), até 6kHz (tom agudo). Podemos utilizá-lo para reproduzir tons médios, já que sua resposta é bem plana nesta região. Veremos a partir de agora quais os componentes e como funciona o falante para produzir este som.

3. ALTO-FALANTES:

A) Conjunto Magnético:

O conjunto magnético é formado por:

• Placas Polares: arruela aberta e arruela fechada

• Entre-ferro

>Veja aqui um estudo sobre a FORÇA MAGNÉTICA

As arruelas fechada e aberta, o entre-ferro, assim como a peça polar são de ferro doce. O ímã geralmente é de ferrite de bário, um material que depois de magnetizado forma um campo magnético em volta de si mesmo. É este campo que atrai metais ferrosos para junto do imã. Todas as partes são coladas conforme a figura abaixo:

O gap é a região entre a arruela aberta e o entre-ferro. Quando o conjunto é magnetizado, forma-se um campo magnético constante no gap. Sua direção é paralela à arruela. Este campo é que dará força ao alto-falante. A geometria do conjunto magnético foi escolhida de forma a formar uma região (onde será colocada a bobina) com campo magnético constante e intenso (gap).

Concluindo:

FUNÇÃO DO CONJUNTO MAGNÉTICO: FORMAR UM CAMPO MAGNÉTICONA REGIÃO DO GAP

B) Conjunto

Carcaça:

É formado pela carcaça, pela guarnição e pelos terminais. A função da carcaça é sustentar o conj. móvel e o conj. magnético sem interferir na produção do som. Deve ser feito de material rígido (aço, alumínio ou plásticos) e deve sofrer tratamentos anti-corrosivos para suportar várias condições ambientais. Os terminais são os contatos por onde são ligados os fios dos aparelhos eletrônicos.

C)

Conjunto Móvel:

O conjunto móvel é formado por:>

- Bobina

- Cone

- Cordoalhas

- Suspensão (ou borda)

- Aranha (ou centragem)

- Calota (ou protetor de pó)

A primeira conversão de energia (elétrica em mecânica) ocorre quando colocamos a bobina móvel no gap e aplicamos uma tensão elétrica alternada nos terminais. Quando a corrente elétrica alternada passa pelo fio da bobina que está imersa no campo magnético, surge uma força eletromagnética. Esta força é perpendicular ao campo e ao fio da bobina e, portanto, movimentará a bobina para cima ou para baixo. Ela depende do valor do campo no gap e do comprimento do fio dentro dele.

A bobina irá para cima ou para baixo com a mesma freqüência da corrente alternada aplicada. Por exemplo: se a corrente é de 1000Hz, a bobina irá para cima e para baixo 1000 vezes por segundo.
A bobina é colada ao cone, portanto ele se movimentará junto com a bobina (na mesma freqüência da corrente aplicada). Porém, se não existisse a suspensão e a aranha (que estão coladas no cone e na carcaça) quando aplicássemos uma grande tensão elétrica nos terminais, a bobina iria para cima e sairia do conjunto magnético. Mas com a aranha e a suspensão, o cone volta para baixo. Elas funcionam como a "mola" do alto-falante.

Além disso, centralizam a bobina dentro do gap.
O cone seguirá o movimento da bobina (para cima e para baixo) com a mesma freqüência da corrente alternada aplicada. Quando o cone se desloca, ou seja, vibra para frente e para trás, ele movimenta o ar que está na sua frente criando uma região de compressão (quando ele vai para frente) e de rarefação (quando vai para trás). Deste movimento, forma-se uma onda sonora (o som) que chega aos nossos ouvidos. A freqüência da onda sonora será a mesma da corrente alternada que movimenta o cone.

A calota protege a bobina e a região do gap. Junto com o cone, movimenta o ar na sua frente, portanto ela também influenciará a resposta do falante. Resumindo, temos:

BOBINA: É ONDE APLICAMOS A TENSÃO ELÉTRICA. JUNTO COM O CAMPO
MAGNÉTICO NO GAP, GERA A FORÇA QUE MOVIMENTA O CONJUNTO MÓVEL.

ARANHA E SUSPENSÃO: SÃO AS MOLAS DO ALTO-FALANTE.
CENTRALIZAM A BOBINA NO GAP.

CONE: MOVIMENTA O AR FORMANDO AS ONDAS SONORAS

CALOTA: PROTEGE O GAP E A BOBINA. PRODUZ SOM JUNTO COM O CONE.

4. ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS:

Veremos neste tópico quais são as principais especificações técnicas do falante: impedância nominal, resposta de freqüência, sensibilidade e potência. Estas são as especificações que permitem ao cliente escolher qual o falante ideal para as suas necessidades. Devemos, porém, ter uma visão ampliada disso: quais são as especificações técnicas que o cliente (que possui um determinado amplificador e quer um determinado tipo de som) precisa? Para tanto, daremos um enfoque nas
especificações do falante baseado no amplificador e no tipo de som desejado.

4.1 IMPEDÂNCIA NOMINAL:
O que é impedância? Como o nome mesmo diz, a impedância impede alguma coisa. A resistência elétrica é um tipo de impedância, ela dificulta a passagem da corrente elétrica. No caso do alto-falante, existe a resistência elétrica da bobina, mas também existem outros tipos de impedâncias: para o cone se deslocar existem a compliância da aranha e da suspensão (impedância mecânica) e do ar (impedância acústica) ao movimento. A impedância total, soma de todas estas impedâncias, varia quando variamos a freqüência no falante.
Quando variamos a freqüência, a impedância total do falante, vista nos terminais da bobina cresce, passa por um pico e depois cai até um valor mínimo. Daí em diante ela vai crescendo novamente bem devagar. Este valor mínimo, depois do pico, será a impedância nominal do falante. Para os alto-falantes do comércio o valor da impedância está normalizado em 2, 4, 6, 8, 16 Ohms, etc. Quando medimos a impedância nominal, variando a freqüência, devemos arredondar o valor obtido. Por exemplo: 5,75 Ohms dará uma impedância de 6 Ohms. Estes valores são tabelados (ou normatizados) por causa dos aparelhos eletrônicos

(amplificadores) onde serão ligados os falantes. Deve haver uma compatibilidade entre
a impedância nominal do falante e a impedância mínima na saída do amplificador.

4.2. SENSIBILIDADE:
A Sensibilidade é uma média do volume do som que o alto-falante reproduz dentro da sua resposta em freqüência. Ela é medida a 1 metro de distância do falante que está recebendo 1 Watt de potência. A sensibilidade é medida em dB @ W @ m. Quanto maior a força do falante (que depende do campo magnético no gap e da bobina), maior a sensibilidade. A sensibilidade indica o volume do som do falante. Se um falante possui uma sensibilidade maior que o outro, com uma tensão menor conseguiremos o mesmo volume de som e, por conseqüência, podemos utilizar um amplificador de menor potência. Portanto, desejamos sempre aumentar a sensibilidade do falante.

4.3. RESPOSTA DE FREQUÊNCIA:
A Resposta de freqüência é a faixa de freqüência onde o alto-falante melhor reproduz o
som. Para se determinar a Resposta de Freqüência teremos que:

1. Na curva de resposta do alto-falante determinar a sensibilidade.

2. Subtrair 10 dB do valor da sensibilidade.

3. Determinar as freqüências inicial e final na curva de resposta onde o SPL tem o valor achado acima (sensibilidade a – 10dB).

4. A Resposta de freqüência irá da freqüência mais baixa até a mais alta, encontradas acima. Cada tipo de alto-falante exibe uma determinada resposta de freqüência:

Subwoofers: 20 a 100Hz (baixa freqüência)

– Woofers 50 a 3500Hz (baixas e médias freqüências)

– Mid-Bass: 100 a 500Hz (média-baixas freqüências)

– Mid-Range: 500 a 5kHz (médias freqüências)

– Tweeters: 2k a 20kHz (altas freqüências)

Se quisermos um falante para voz, devemos escolher um com resposta de freqüência
de 500 a 2000 Hz (tons médios), por exemplo.

4.4. POTÊNCIA:
A Potência do alto-falante indica o maior valor que o produto corrente elétrica alternada vezes a tensão elétrica alternada pode atingir antes da bobina queimar. Em nossos catálogos existem dois tipos de potência indicados: Potência NBR 10303, e Potência Musical.

Potência RMS: potência elétrica máxima que o alto-falante agüenta (ante da bobina queimar) quando aplicamos um Ruído Rosa. O teste que determina a potência RMS é normatizado pela ABNT (norma NBR 10303) e todos os fabricantes nacionais têm que seguir a norma. Ruído Rosa é um sinal com todas as freqüências misturadas, porém com o mesmo valor de energia por oitava. No teste o ruído rosa passa por um filtro que é determinado pela norma da ABNT.

Potência Musical: é a potência máxima que o alto-falante deve suportar com programa musical, admitindo uma distorção máxima de 5% no amplificador, por tempo indeterminado. No caso da Selenium, é a potência do nosso chamado teste de vida.
Neste teste, é utilizado um programa musical (rádio ou CD) com em torno de 2 vezes a potência RMS aplicada no falante durante 100 horas ininterruptas. Após as 100h, o falante deve estar em perfeito estado elétrico e mecânico.

Existe no mercado uma certa confusão a respeito da potência do falante. Precisamos saber distinguir entre potência elétrica e potência sonora. Potência elétrica é esta que vimos acima, ou seja, é a potência que o falante pode suportar sem se queimar. Já potência sonora é a potência que o falante consegue emitir em forma de som. Esta potência está relacionada com a eficiência do falante e depende de uma série de fatores. Um alto-falante com grande eficiência terá alta sensibilidade e potência sonora, mas não precisa necessariamente ter uma grande potência elétrica. Podemos ter dois falantes: um com potência RMS de 300W e sensibilidade de 89dB e outro com potência elétrica RMS de 200W e sensibilidade de 92dB. Se aplicarmos 200W no segundo, devemos aplicar 400W no primeiro (que se queimará!) para que os dois tenham mesma potência sonora.

3dB = 2 x Potência RMS = 2 alto-falantes

Por isso, a relação entre a potência elétrica do amplificador e a sensibilidade do alto-falante é de suma importância. Na verdade, no sistema amplificador + caixa + falante estamos interessados é no som que este sistema pode produzir. Devemos ter uma noção clara de qual o uso que o cliente vai fazer deste sistema.

É preciso ficar bem clara a relação entre potência do amplificador e potência e sensibilidade do sistema falante + caixa. Na verdade não é o cliente que deve determinar qual a potência e sensibilidade do falante, e sim o seu amplificador e o som que ele deseja "vender".

5. TIPOS DE MATERIAIS UTILIZADOS NOS ALTO-FALANTES:

Como já citamos, para escolher um alto-falante é necessário primeiramente saber em qual aplicação ele será utilizado. Isso também vale para que tipo de material devemos ter nos componentes. O que é melhor para baixas freqüências: suspensão de celulose ou borracha?
Veremos agora quais são os tipos de materiais mais utilizados nos componentes do
falante e quais os indicados para as diversas aplicações.

5.1 Materiais da Suspensão:
Os materiais da suspensão (ou borda) mais utilizados são:

• Celulose: indicado para falantes de médias freqüências. Como é um material mais rígido, a excursão do cone é menor e, portanto não permite uma boa reprodução de grave. Também não é indicado para falantes de alta potência, pois não é um material muito resistente.

• Tecido: indicado para falantes de médias e baixas freqüências. É um material menos rígido que a celulose e de maior durabilidade. Indicado para falantes de alta potência.

• Borracha e espuma: Materiais mais flexíveis, indicados para falantes com alta excursão de bobina móvel. Ideal para baixas freqüências (subwoofers). Geralmente a borracha possui maior estabilidade mecânica.

5.2 Materiais do Cone:

Os materiais do cone mais utilizados são:

• Papel: material mais utilizado em alto-falantes profissionais. Possui alto amortecimento interno que diminui os vales e picos da curva de resposta do alto-falante. Pouco resistente às intempéries.

• Polipropileno (PP): material plástico mais utilizado no som automotivo. Possui alta resistência a intempéries e visual mais atrativo. Porém, se for mal projetado, pode ter uma curva de resposta de qualidade inferior.

• Kevlar® e outros materiais: geralmente estes materiais sofisticados são utilizados para dar maior durabilidade ao cone, porém com uma curva de resposta mais adequada.

5.3 Materiais do Diafragma:

Os materiais do diafragma mais utilizados são:

• Fenólico: é um tecido com resina fenólica. Mais utilizado para drivers de média freqüência e baixo custo.

• Titânio: material metálico. Mais leve, permite aumentar a sensibilidade do driver, além de estender a resposta em altas freqüências. Porém, possui timbre diferente do diafragma fenólico.

• Alumínio, Berílio, ligas: materiais metálicos que possuem características parecidas com o titânio.

5.4 Materiais da carcaça:
Os materiais da carcaça mais utilizados são:

• Chapa metálica: material resistente e barato. Utilizado na maioria dos falantes.

• Alumínio: material com maior resistência mecânica que a chapa, porém bem mais caro. Utilizado em falantes profissionais de maior potência.

• Plástico: material com menor resistência mecânica, porém mais leve e mais barato. Material mais utilizado em som automotivo.

5.5 Materiais da bobina:
Os materiais do corpo da bobina mais utilizados são:

• Papel: sem resistência a temperatura. Utilizado em falantes de baixa potência. A grande vantagem é o custo.

• Alumínio: tem boa dissipação de calor, mas pode dilatar com a temperatura, deformando a bobina. Material barato, mas indicado para falantes de baixa potência.

• Kapton® (filme de poliimida): excelente estabilidade térmica. Ideal para falantes de alta potência, porém é uma material mais caro.

• Nomex®, fibra de vidro, etc: são da mesma linha do Kapton®. São materiais mais resistentes, porém de alto custo.

Os materiais do enrolamento da bobina mais utilizados são:

• Cobre: é o mais utilizado. Material de menor resistência elétrica e mais barato.

• Alumínio: material mais leve que o cobre, permitindo aumentar a sensibilidade do alto-falante e sua resposta em alta freqüência. Porém, é um material muito difícil de soldar e de maior resistência elétrica.

• Alumínio coberto de cobre: a cobertura de cobre facilita a soldagem. É mais utilizado que o alumínio puro.

5.6 Materiais do Imã:
Os materiais do imã mais utilizados são:

• Ferrite de Bário: é o material mais utilizado. É mais barato, porém sua remanência (quanto maior a remanência maior será o campo magnético proporcionado pelo imã) é baixa.

• Neodímio-Ferro-Boro: possui uma remanência 3 vezes maior que o ferrite. Isso faz com que para se obter um determinado campo no gap, o volume do imã de neodímio pode ser bem menor que o de ferrite. Por isso os alto-falantes que utilizam este imã possuem um circuito magnético bem menor: o imã geralmente é uma pastilha, colocada na posição do entre-ferro. Porém, o seu custo é muito
elevado e ele perde rapidamente a magnetização quando submetido à alta temperatura.

• Samário-Cobalto e Alnico: são imãs de terras raras como o Neodímio e possuem características similares.