Recentemente falamos sobre a diferença entre bons e ótimos alto-falantes. Em suma, quando você escolhe ótimos alto-falantes, obtém mais capacidade de potência, potencial para mais saída e clareza dramaticamente melhorada, graças a uma redução na distorção. Neste número do Custo-Benefício, vamos examinar duas tecnologias de alto-falantes de áudio automotivo que reduzem distorção. Este artigo será uma verdadeira visão dos bastidores de como os alto-falantes funcionam.
De acordo com a lei de Lenz, quando a corrente flui através de um condutor, um campo magnético é criado ao redor do condutor. Ao mesmo tempo, quando movemos um condutor através de um campo magnético, uma corrente é criada no condutor.
O diagrama acima mostra um condutor (em cinza) com corrente fluindo através dele. As linhas verdes mostram a direção do campo magnético ao redor do condutor.
Em um alto-falante, a bobina de voz é uma bobina de fio enrolada em um bobina ou forma. A corrente do nosso amplificador flui através deste condutor e cria um campo magnético ao redor da bobina de voz. Usamos esta propriedade para mover o alto-falante para dentro e para fora da cesta. Quando a polaridade do campo magnético é a mesma do ímã fixo, os campos magnéticos semelhantes se repelem, e o alto-falante move para frente. Quando a polaridade do campo magnético inverte, o alto-falante é atraído para o campo magnético e o alto-falante move para trás.
Infelizmente, quando se trata de lidar com corrente alternada, o comportamento dos campos magnéticos pode trabalhar contra você. Quando a polaridade da corrente inverte, ela tem que lutar contra o campo magnético que criou. Você pode pensar nisso como momentum. Se bolas de gude estão rolando pelo chão, leva energia para fazê-las mudar de direção. Esta oposição à mudança no fluxo de corrente é chamada de indutância. O momentum elétrico resiste ao desejo de criar um novo campo magnético de polaridade oposta.
A quantidade de indutância em uma bobina de voz de alto-falante é determinada por vários fatores. O tamanho do condutor da bobina de voz, a geometria do condutor, o número de camadas na bobina de voz e a proximidade da bobina de voz à placa superior e à peça polar – apenas para citar alguns.
Então, como a indutância causa distorção em um alto-falante? Como você pode ver no diagrama acima, quando o enrolamento da bobina de voz (em vermelho) está em repouso, ele está centrado na placa superior (em verde). À medida que o cone move para baixo, mais da bobina de voz fica ao lado do ímã (em azul) e da peça polar (em rosa). Inversamente, à medida que o cone move para fora, menos do cone está perto da peça polar. Em um design convencional de alto-falante, as mudanças na proximidade da peça polar de aço causam mudanças na indutância. À medida que a indutância diminui, há menos oposição ao fluxo de corrente de alta frequência e um aumento no desempenho de alta frequência. Mudanças no desempenho baseadas na posição do cone do alto-falante resultam em distorção.
A imagem acima mostra a indutância de uma bobina de voz relativa à sua posição no alto-falante. A curva vermelha é o gráfico de indutância de um alto-falante convencional. A curva azul é o gráfico de indutância de um alto-falante que inclui um anel de curto-circuito de alumínio na base do T-yoke. Como você pode ver na imagem acima, sem o anel de curto-circuito, o alto-falante tem características indutivas dramaticamente diferentes dependendo da posição do cone.
O gráfico acima mostra a resposta de frequência de um alto-falante sem anel de curto-circuito (em vermelho) e a de um alto-falante muito similar com anel de curto-circuito (em azul). Como é claramente evidente, a inclusão de um anel de curto-circuito melhora dramaticamente o desempenho de alta frequência de um alto-falante. Melhorias adicionais na linearidade podem ser alcançadas incluindo uma tampa de cobre no topo do T-yoke.
Quando você estiver comprando ótimos alto-falantes, procure tampas redutoras de indutância em todos os alto-falantes (subwoofers, drivers de médio e tweeters), e em alto-falantes maiores (subwoofers e drivers de médio) onde há espaço disponível na montagem do motor, procure a presença de um anel de curto-circuito.
Se não pudermos determinar se um alto-falante tem um design que mitiga mudanças nas características indutivas, podemos simplesmente olhar as especificações? Elas certamente fornecem uma dica. Um woofer de 6,5 polegadas sem tampa ou anel de curto-circuito pode ter uma indutância de 0,7 a 1,1 mH (milihenries), enquanto um alto-falante com essas tecnologias estará mais próximo de 0,1 ou 0,2 mH. Em termos de como soam, todos os outros critérios de design sendo iguais, o driver com menor indutância terá melhor desempenho de alta frequência e produzirá menos distorção.
O propósito da aranha (também conhecida como amortecedor) é manter a bobina de voz lateralmente centrada no intervalo de ar entre a placa superior e a peça polar e ajudar a retornar o cone à posição de repouso quando o sinal de áudio é removido.
Escolher a rigidez (compliance) perfeita do amortecedor para uma dada massa do cone e frequência de ressonância desejada é um dos maiores atos de equilíbrio envolvidos no design de um alto-falante. Se a aranha for muito rígida, a frequência de ressonância do alto-falante pode ser muito alta para a aplicação desejada e sua eficiência pode sofrer.
Uma variedade de materiais está disponível, bem como diferentes tamanhos e geometrias. Uma aranha é uma mola. Algumas aranhas são projetadas para compliance linear e algumas são progressivas. Mais importante, devido a variações na altura do enrolamento da bobina de voz e design da cesta, algumas aranhas incluem um lábio de montagem deslocado. Isso é chamado de aranha com copo. Este copo ou espaçador permite que a aranha se fixe ao antigo da bobina de voz acima do enrolamento, então conecte ao chassi enquanto mantém a bobina de voz verticalmente centrada no intervalo magnético.
O gráfico acima mostra a compliance da suspensão de dois alto-falantes de 6,5 polegadas de diâmetro diferentes baseados na posição do cone. O gráfico em vermelho mostra a compliance de um alto-falante que usa uma aranha com copo. Você pode ver que a 6,5 mm de deslocamento para dentro, a suspensão é 25% mais rígida do que a 6,5 mm de deslocamento para fora. O gráfico azul mostra um alto-falante de tamanho similar com uma aranha plana. Embora a compliance geral seja diferente, o comportamento nas direções para frente e para trás é quase idêntico.
Em última análise, queremos que a aranha exerça a mesma quantidade de força no cone e na bobina de voz à medida que ele move para frente ou para trás da posição de repouso. A quantidade de força não deve mudar com base na direção do deslocamento do cone. Imagine a distorção criada por um alto-falante tocando uma onda senoidal onde o cone não se move tanto para trás para uma dada quantidade de corrente quanto move para frente. Como tal, tente evitar alto-falantes que usam aranhas com copo.
Na próxima vez que você for ao seu revendedor local de melhorias móveis para ouvir novos alto-falantes, escolha dois pontos de preço muito diferentes e ouça a mesma parte de uma música em cada alto-falante. Ouça-os em um nível de volume razoavelmente alto e posicione-se do outro lado da sala. Alterne entre eles até determinar as diferenças.
Então, adicione uma terceira opção de alto-falante, com preço e recursos em algum ponto no meio. Faça a mesma comparação com este novo alto-falante e os alto-falantes caros. Uma vez que você ouviu os alto-falantes, peça para ver uma amostra de cada e veja se você pode correlacionar algumas das características de design que discutimos com seu desempenho. Não é apenas uma ótima maneira de audicionar produtos, mas de aprender sobre o que torna uma tecnologia ou design de alto-falante de áudio automotivo melhor que outro.
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