Um telefone é um sistema transdutor convertendo energia acústica ↔ energia elétrica ↔ ondas eletromagnéticas. Aqui está a cadeia física:
1. Acústico → Mecânico (Microfone)
- Ondas sonoras (variações de pressão, 20 Hz–20 kHz) atingem um diafragma (MEMS capacitivo, eletreto, bobina dinâmica, ou grânulos de carbono em vintage).
- Deslocamento do diafragma x(t) ∝ pressão p(t).
- Mic de carbono (vintage): Resistência R(t) varia com compressão → modulação de corrente.
- Eletreto/MEMS (moderno): Capacitância C(t) varia → modulação de tensão (alta impedância, precisa buffer FET).
- Dinâmico: Bobina move em campo magnético → tensão induzida v(t) = -N dΦ/dt.
2. Condicionamento do Sinal Elétrico
- Pré-amp: Buffer high-Z, ganho (20–40 dB), filtro anti-aliasing.
- ADC (Analog-to-Digital): Amostragem 8 kHz (narrowband), 16/24/48 kHz (wideband/fullband), 12–16 bit. μ-law / A-law companding (G.711) ou codecs modernos (Opus, EVS, AMR-WB).
- Packetização: Frames 20 ms → RTP/UDP/IP → Ethernet/Wi-Fi/Celular.
3. Meios de Transmissão
- Linha fixa (PSTN): Analógico: baseband elétrico em par trançado (DC + AC). Digital: DS0 (64 kbps) em hierarquia TDM (T1/E1, SONET/SDH).
- Celular: Modulação RF (OFDMA, SC-FDMA) em espectro licenciado (600 MHz–40 GHz). Ondas EM propagam via onda de solo, difração, espalhamento, reflexão.
- VoIP: Pacotes sobre IP (fibra, coax, cobre, wireless). QoS (DiffServ, MPLS) prioriza voz.
4. Elétrico → Mecânico → Acústico (Receptor/Alto-falante)
- Receptor (auricular): Armadura balanceada (alta eficiência, pequeno) ou driver dinâmico. Deslocamento do diafragma recria onda de pressão.
- Viva-voz: Driver dinâmico (bobina móvel) em caixa ventilada. Deslocamento maior para SPL.
- Condução óssea: Transdutor piezo acopla ao crânio → cocleia diretamente.
5. Camada de Rede (Comutação)
- Comutado por circuito (PSTN): Timeslot dedicado 64 kbps ponta-a-ponta (sinalização SS7).
- Comutado por pacote (VoIP/4G/5G): Multiplexação estatística, jitter buffer, PLC (packet loss concealment).
📐 Constantes Físicas-Chave
- Velocidade do som no ar: 343 m/s (20°C).
- Velocidade EM na fibra: ~2×10⁸ m/s (n=1,468).
- Velocidade EM no cobre: ~2×10⁸ m/s.
- Audição humana: 20 Hz–20 kHz, 0 dB SPL limiar, 120 dB dor.
- Largura de banda telefonia: 300–3400 Hz (narrowband), 50–7000 Hz (wideband), 20–20000 Hz (fullband).
Conclusão: Telefone = mic (acústico→elétrico) + codec (analógico↔digital) + rede (comutação/roteamento) + alto-falante (elétrico→acústico). Física: mecânica, eletromagnetismo, teoria da informação, processamento de sinal.
