Embora a parte mais visível do fone sem fio possa estar a metros do receptor de áudio, alguma parte deve conectar fisicamente ao receptor para obter sinais de som. A parte que conecta ao receptor é a unidade base, podendo ser interna ou conectada por fio de alto-falante ou cabo de áudio. O receptor envia som à unidade base como impulsos elétricos, que viajam pelos fios físicos antes de serem preparados para transmissão pelo ar.
Quando a unidade base recebe impulsos elétricos do receptor, um processador converte em ondas de rádio. A maioria dos fones sem fio opera em canal de modulação de frequência (FM), então as ondas devem estar em banda estreita de frequências. Pequenas alterações — até 5 Hz — carregam o conteúdo sonoro pelo ar até os fones. Dependendo da marca, a unidade base pode ter antena embutida ou usar antena externa montada em casa, escritório ou fora para maiores distâncias.
A parte do fone tem duas partes: receptor de rádio e pelo menos um alto-falante. O receptor capta ondas de rádio via antena embutida ou externa. As ondas excitam elétrons na antena, criando sinal elétrico. Este vai a um processador que remove ruído, estática e interferência fora de frequência, passando sinal limpo aos alto-falantes. Os alto-falantes usam eletroímãs para criar vibração física na membrana, transferida pelo ar como som audível.
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