Já esteve a ouvir música e perguntou-se como um alto-falante consegue criar som? Neste artigo detalhado, usando explicações claras e diagramas, explicarei como funcionam.
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Um alto-falante é às vezes chamado alto-falante eletrodinâmico porque transforma eletricidade em movimento através de campos magnéticos criados a partir do sinal elétrico musical. Um driver de alto-falante é uma única montagem de alto-falante usada para montar sistema de alto-falante.
A maioria dos alto-falantes é feita das seguintes peças que trabalham juntas para criar som:
Um cone de alto-falante (também chamado diafragma) é o principal componente responsável por criar onda sonora cada vez que move ar para frente e trás rapidamente. São tipicamente feitos de materiais leves mas rígidos como papel prensado, plásticos, fibra carbono, ou até metal fino.
O nome "cone" refere-se à sua forma: forma cone invertido com abertura central onde montagem bobbin & bobina voz é fixada. Tampa pó é fixada ao cone sobre esta abertura na base para evitar contaminantes entrarem. Ambos suportados na base por material rígido mas flexível às vezes chamado "aranha".
Tipo e design dependem do alto-falante. Por exemplo, subwoofers produzem ondas sonoras graves muito grandes e movimento ar substancial e precisam design mais grosso, mais rígido.
Por contraste, tweeters usam design muito pequeno, em forma de cúpula, e leve para desempenho alta frequência porque esta gama sonora usa ondas sonoras menores.
Ímanes alto-falante são geralmente íman permanente (geralmente cerâmico ou neodímio) com fenda circular fina onde bobina voz fica suspensa. O íman fornece área campo magnético estável que atrai ou repele a bobina voz.
Como bobina desenvolve campo magnético é um pouco como eletroímã de certa forma. Ímanes neodímio são mais fortes para seu tamanho (campos magnéticos mais densos) mas ímanes cerâmicos, embora maiores, são mais custo-efetivos. Essa é uma razão por que ímanes cerâmicos são mais populares para uso alto-falante.
Alguns, mas não todos, ímanes alto-falante têm furo no centro para ajudar ventilar bobina voz e mantê-la fria.
Alto-falantes dual voice coil oferecem segunda bobina voz no mesmo alto-falante e no mesmo bobbin montagem bobina voz. Estes tipos permitem algumas opções adicionais que alto-falantes bobina única não:
Encontrará mais frequentemente subwoofers disponíveis em versão dual voice coil por pouco mais dinheiro.
Embora ofereçam mais opções configuração fiação, alto-falantes dual voice coil (DVC) não oferecem melhor desempenho que equivalentes bobina única (SVC).
Além disso, alto-falantes como tweeters para som agudos e médios para instrumentos & vocais não são normalmente feitos em versão dual voice coil.
Exemplos dois bobbins alto-falante com dual voice coils. Esquerda: duas bobinas não estão juntas enquanto (direita) neste exemplo estão em camadas uma sobre a outra.
Neste diagrama animado, vê como alto-falante funciona. Stereo ou amplificador alimenta alto-falante com sinal elétrico que alterna de positivo para negativo na forma de onda do sinal musical.
Ao fazê-lo, corrente elétrica flui através da bobina voz do alto-falante, criando campo magnético que faz mover-se para ou para longe do íman à medida que muda de positivo para negativo. Isto move montagem cone que cria ondas sonoras conforme ar se move rapidamente. Alto-falantes usam corrente alternada (CA) que muda direção (polaridade) tal como ondas sonoras na vida real.
Um alto-falante (também chamado loudspeaker, nome de antigamente) usa sinal potência elétrica corrente alternada (CA) e é alimentado por stereo ou amplificador.
O sinal elétrico para o alto-falante é tensão amplificada que é duplicado do sinal musical original de fonte áudio mas com potência suficiente para alimentar alto-falantes com bom volume.
Aqui está detalhe passo a passo de como alto-falantes funcionam:
De certa forma, alto-falantes são apenas um motor elétrico: são alimentados por sinal elétrico e transformam em saída mecânica: mover ar para criar sons musicais.
Ocasionalmente alto-falantes referidos como transdutores.
Impedância do alto-falante, medida em Ohms, é a resistência total ao fluxo de corrente elétrica através da bobina voz do alto-falante.
Ao contrário de condutores padrão, como bobina voz é bem enrolada em bobina isto complica porque adiciona indutância. Indutância é diferente de resistência pois muda conforme frequência muda e isto chama-se reatância indutiva.
Em outras palavras, quando campos magnéticos da bobina voz são criados eles opõem-se ligeiramente ao fluxo corrente elétrica.
Devido à propriedade da física e como indutância funciona, a "impedância" do alto-falante (resistência total) não é a soma da resistência e reatância indutiva – é um pouco mais complicado.
Em vez disso, é a soma algébrica (raiz quadrada da soma dos quadrados) de cada. Reatância indutiva é comumente escrita "Xl" e medida em Ohms tal como resistência padrão.
Se gosta matemática avançada, pode ver aqui como impedância alto-falante é calculada. É soma geométrica da resistência no enrolamento fio cobre da bobina voz e resistência causada pela sua indutância numa dada frequência.
A coisa mais importante a entender sobre impedância alto-falante é:
De facto, se usasse medidor teste para medir Ohms (impedância) da bobina voz num alto-falante, encontraria leitura cerca de 3,2-3,6 ohms para alto-falante 4 ohm e 6 ohms ou mais para alto-falante 8 ohm.
Imagem mostrando como medir impedância alto-falante com medidor Ohm. Isto mede apenas resistência corrente contínua (CC) do fio na bobina voz, não impedância total com música a tocar devido a indutância. no entanto, será muito próximo na maioria dos casos e pode dizer categoria Ohm do alto-falante (4 ohms, 8 ohms, etc).
Alto-falantes 4 ohm (e às vezes 2 ohm) são mais comuns para sistemas stereo carro. Prática começou há muito tempo quando rádios e alto-falantes foram instalados de fábrica quando carros eram construídos.
Como apenas tensão mais baixa (12V) disponível para alimentá-los em carros, é mais difícil produzir potência para alto-falante que para estéreos domésticos onde bastante tensão disponível.
8 ohms é mais comum para alto-falantes sistemas estéreo domésticos. Estéreos domésticos alimentados por fonte tensão mais alta (110V como nos EUA) então são mais fáceis projetar e podem alimentar alto-falantes impedância mais alta (8 ohm) facilmente. Em ambos casos estas classificações Ohm tornaram-se comuns para alto-falantes casa e carro.
Uma caixa (enclosure) de alto-falante ("caixa") é muito importante por várias razões:
Uma caixa alto-falante (ou "caixa acústica") é geralmente feita de material grosso como madeira ou fibra média densidade (MDF) pois são fortes e não flexionam muito. Enquanto subwoofer ou alto-falante médio precisa ser usado em estrutura selada tweeters não.
Isso porque tweeters direcionam som apenas para frente e não produzem ondas sonoras para trás. Em alguns casos (como para alto-falantes surround) podem ser menores que par frontal (principal).
Exemplo típico gráfico resposta frequência alto-falante mostrado aqui. Alto-falantes não são perfeitos e não produzem volume perfeitamente uniforme sobre gama som que ouvimos. Por isso, é útil saber gama frequência onde funcionam bem.
Resposta frequência do alto-falante é o desempenho medido de um alto-falante, em decibéis (dB) de volume, sobre gama frequências sonoras. Geralmente é a gama 20 Hertz (Hz) a 20 kiloHertz (KHz) usada como padrão para alto-falantes áudio.
A gama 20-20kHz é usada porque é gama som que humano com boa audição pode perceber e música é frequentemente gravada dentro.
Resposta frequência é importante por várias razões:
Embora alguns alto-falantes incluam gráfico ou outras especificações para ajudar a entender como funcionam, nem todos o fazem. É algo que geralmente encontra de retalhistas que stock alto-falantes bare para design avançado.
A maioria alto-falantes prontos carro ou casa não incluem gráfico resposta real mas gama aproximada. Alto-falantes mais caros podem fazê-lo, porém.
Se tem equipamento certo pode também medir você mesmo em casa usando analisador tempo real (RTA) programa e microfone alta qualidade para este fim.
A sensibilidade de um alto-falante é medição feita pelo fabricante. É medição do volume produzido numa frequência sonora fixa e (geralmente) com 1 watt potência entregue ao alto-falante a 1 metro (3,28 pés) do microfone teste.
Sensibilidade do alto-falante é especificação fornecida pelo fabricante útil para comparar ou combinar alto-falantes. É medição do volume produzido, em decibéis (dB), de um alto-falante a 1 metro (3,28 pés) de microfone teste para uma única frequência.
O parâmetro sensibilidade é geralmente expresso como "89dB @ 1W/1M" por exemplo.
Na maioria dos casos, medição padrão é volume dB a um watt potência a 1 metro distância e frequentemente frequência sonora como 1KHz (dependendo tipo alto-falante) pode ser usada.
Sensibilidade varia de alto-falante para alto-falante, com tweeters sendo mais eficientes (produzindo mais som no mesmo nível potência) que outros. Subwoofers são menos eficientes pois precisam mais potência para mover cone pesado e criar som.
Subwoofers tendem a ter sensibilidade cerca de 87dB, médios cerca de 89dB, e tweeters até 93-102dB dependendo do tipo.
Sensibilidade às vezes medida ligeiramente diferente. Isso porque tensão diferente necessária para 4 ohm vs 8 ohm para produzir mesma quantidade potência pois resistência Ohms (impedância alto-falante) é diferente.
Portanto menos corrente flui através alto-falante 8 ohm, fazendo receber menos potência para mesma tensão que alto-falante 4 ohm.
Nesse caso, sensibilidade dB a 2.83V/1M pode ser usada para alto-falantes 8 ohm. A 2.83V alto-falante 8 ohm desenvolve 1 watt potência. Similarmente, para alto-falantes 4 ohm, dB de 2V/1M pode ser usado.
Estas medições não são realmente padronizadas na indústria alto-falante, então medições fornecidas por fabricante podem ser "1W/M" ou "xV/M", dependendo do que fornecem. Ao usar esta medição para comparar ou combinar alto-falantes é importante prestar atenção a isto.
Altifalantes coaxiais são tipo alto-falante 2-vias projetado para ocupar menos espaço e substituir alto-falantes cone único. Geralmente incluem tweeter separado e um ou mais crossovers integrados. Coaxiais fornecem som melhorado sobre cone único e permitem mais opções preço e instalação.
Altifalantes coaxiais são alto-falantes 2-vias montados no mesmo "eixo" ou na mesma montagem alto-falante. A maioria coaxiais fornece cone gama completa e adiciona tweeter separado com crossover para fidelidade melhorada & resposta frequência versus alto-falante cone único padrão.
Pense coaxiais como ponto médio entre alto-falantes cone único (mais básicos, desempenho medíocre ou mau) e alto-falantes componentes (alto-falantes separados com crossover externo). Oferecem boa fidelidade a preço acessível na maioria dos casos.
Altifalantes coaxiais oferecem várias vantagens:
Altifalantes coaxiais oferecem melhor desempenho sonoro que alto-falantes padrão cone único, mesmo aqueles com cone "whizzer" adicionado para melhorar som agudos. Fornecem melhor resposta frequência porque adicionam um ou mais cones (geralmente tweeter) para produzir gama superior som (agudos, ou "highs") que cone único geralmente não consegue.
Embora alguns alto-falantes padrão mais baratos possam ter cone "whizzer" adicionado, que é pequeno 2º cone fixado ao cone maior para melhorar agudos, continuam dececionantes. Em todos meus anos trabalho instalação alto-falantes carro não me lembro de um único alto-falante padrão que fosse bom o suficiente para manter vs substituir por modelo coaxial.
Altifalantes coaxiais, por outro lado, usam pelo menos um alto-falante adicional (geralmente tweeter) para compensar diferença e produzir agudos mais nítidos & melhor som.
De facto, sistemas fábrica instalados são frequentemente muito baixo custo, coaxiais – mesmo para par bom som – não são caros. Consegue par ótimo som por $25-$30 ou mais hoje em dia e cerca de $20 se orçamento extremo.
Alto-falantes 2-vias usam tweeter e woofer separado, trabalhando juntos, para criar gama completa reprodução música. Neste tipo sistema, tweeters recebem apenas som alta frequência de crossover passa-alta enquanto driver principal alimentado médios e graves de crossover passa-baixa. Resultado é som muito claro & agradável.
Altifalantes 2-vias são design baixo custo mais comum em uso hoje tanto para estéreos casa e carro. Usam tweeter, recebendo apenas altas frequências de crossover passa-alta, e woofer, recebendo apenas graves & médios de crossover passa-baixa, para produzir gama completa som.
Em outras palavras, separam som que ouve entre dois alto-falantes para melhores resultados que um único sozinho. Isto é feito porque woofers não produzem sons alta frequência bem e devem ser impedidos de produzir frequências agudos.
Similarmente, tweeters ficam distorcidos ao tentar produzir graves ou sons baixa frequência. Uso de sistema crossover 2-vias limita gama som cada um recebe, permitindo menor distorção e melhor qualidade som em volumes mais altos também.
Crossovers 2-vias usam componentes elétricos para filtrar e dividir sinal música elétrico de amplificador ou stereo e dividi-lo entre tweeter e woofer, resultando em melhor som.
O crossover passa-alta bloqueia graves & médios causadores distorção que tweeter não aguenta. Da mesma forma, filtro passa-baixa bloqueia frequências mais altas que alto-falante graves não reproduz bem e causariam mau desempenho se usadas.
À medida que alto-falantes tocam, saída crossover dividida resulta em saída áudio gama completa muito melhor que um único alto-falante poderia produzir.
Alto-falantes 3-vias são extensão de 2-vias com adição de 3º alto-falante usando crossover passa-banda. O 3º alto-falante permite médios melhorados e até melhor produção som, distorção reduzida, e clareza ao descarregar som médios para alto-falante médios dedicado.
No entanto, design crossover (dependendo da ordem crossover, ou inclinação do corte) é mais complicado para os com corte mais íngreme para bloquear frequências indesejadas.
Altifalantes 3-vias são menos comuns devido a custo & complexidade adicionados mas são boa escolha para construtores alto-falantes e audiófilos que querem desempenho mais avançado. Também oferecem opção obter som melhorado usando alto-falantes médios alta performance mais adequados que modelos médio-grave.
Diagrama mostrando como alto-falante Bluetooth funciona. Alto-falantes sem fios como este recebem sinal áudio em formato digital, convertem de volta a analógico, amplificam e alimentam alto-falante interior.
Altifalantes Bluetooth são essencialmente sistema som portátil composto por bateria, receptor sem fios integrado e amplificador, e alto-falantes. Conectam-se ao protocolo sem fios BT a smartphones, TVs, e mais. Música transmitida em formato digital para receptor depois convertida de volta ao sinal original antes ser amplificada para alimentar driver ou drivers alto-falante interior.
Como bateria usada para alimentá-los, são altamente portáteis e ótimos quando não precisa grande receiver estéreo ou amplificador.
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