Atualmente, existem no mercado três tipos principais de unidades geradoras de som para tampões de ouvido e fones de ouvido, nomeadamente unidades dinâmicas, unidades móveis de ferro e unidades eletrostáticas. Devido ao processo complicado e ao alto custo das unidades eletrostáticas, e à própria unidade frágil, não existem muitas no mercado. Portanto, o que se segue concentra-se nos princípios de geração de som da unidade de bobina móvel e da unidade de ferro móvel.
1. Unidade de bobina móvel
A unidade dinâmica é atualmente a unidade geradora de som mais comum no mercado e também o componente gerador de som mais clássico. Podemos reduzir brevemente a unidade de som da bobina móvel para quatro partes.
a. Diafragma.
B. Bobina.
c. Suporte de bacia.
D. Ímã de rubídio.
Utilize cola específica para fixar o diafragma ao suporte nas bordas. A parte inferior do diafragma é conectada à bobina e fixada com cola.Depois que a bobina é enrolada, dois fios são puxados para conectar a linha de sinal. O conjunto composto por diafragma, suporte e bobina será fixado no vão entre o ímã de rubídio inferior. O que é transmitido na linha é um sinal analógico de som. A corrente passa pela bobina, fazendo com que a bobina gere um campo magnético variável ao longo do eixo de simetria, que se move para cortar as linhas do campo magnético no campo magnético do rubídio. Neste momento, o diafragma se moverá simultaneamente com o movimento da bobina, empurrando o ar circundante para vibrar regularmente e produzir som.
Este é o princípio mais básico da unidade de som. No entanto, só é capaz de emitir sons. Para fazer com que a unidade dinâmica produza o som que necessitamos, há muitos detalhes que precisam ser considerados. Porém, o processo de produção é um pouco diferente dependendo do volume da unidade de som, que apresentarei detalhadamente em um artigo futuro.
2. Unidade móvel de ferro
Pode-se dizer que a unidade de bobina móvel é atualmente a rainha dos geradores de som, mas no campo dos dispositivos portáteis existe outro tipo de unidade de som que está entrando lentamente no horizonte dos jogadores, que é a unidade de ferro móvel. A unidade de bobina móvel é uma bobina que se move em um campo magnético, acionando o diafragma para se mover e produzir som. Como o nome sugere, a unidade de ferro móvel é uma peça de ferro que se move em um campo magnético para produzir som. No entanto, a maior parte da introdução on-line ao princípio de geração de som da unidade móvel de ferro não é detalhada ou contém erros. Aqui espero poder lhe dar uma introdução justa.
Os componentes da unidade móvel de ferro:
a. Bobina.
B. Armadura.
c. Diafragma.
D. Ímã de rubídio.
Pode-se observar a partir disso que a diferença entre os componentes da unidade móvel de ferro e da unidade móvel de bobina não é grande. A maior diferença é a armadura. O princípio do som é o seguinte:
a armadura é feita de uma peça rígida de ferro de espessura muito pequena, dobrada em forma de U, algo parecido com uma cadeira modernista da escola Bauhaus, haha. continuar. Uma extremidade da armadura será fixada na caixa da unidade móvel de ferro e a outra extremidade passará pelo centro da bobina. As crianças que estudaram física no ensino médio sabem que a armadura será magnetizada na bobina energizada e produzirá pólos magnéticos. A outra extremidade da armadura em forma de U é colocada no centro de um ímã em forma de casco. Quando o sinal analógico de som chega, a armadura em forma de U vibra para cima e para baixo no campo magnético. Há uma agulha fina fixada na parte superior da armadura em forma de U, que está conectada ao diafragma. A vibração da armadura irá impulsionar a vibração do diafragma e empurrar o movimento do ar ao redor do diafragma para restaurar o som. Este é o princípio de geração de som da unidade móvel de ferro.
A unidade completa de som de ferro em movimento é mostrada abaixo:
3. Unidade eletrostática
Deve-se dizer que a unidade eletrostática é a mais nobre entre todas as unidades produtoras de som. É muito delicado.
Primeiro, vamos dar uma olhada em alguns dos fones de ouvido eletrostáticos mais famosos até agora.
Sim, todos eles parecem muito distintos. Porque os cabos dos fones de ouvido aos quais eles se conectam são todos planos e os plugues são estranhos.
Ok, não vamos apresentar os modelos dos fones acima. Vamos apresentar seu princípio sólido.
Como você pode ver na foto acima, ele utilizou o conhecimento de campos eletrostáticos. No meio está um diafragma fino acionado por uma fonte de energia. A linha de sinal é conectada diretamente aos eletrodos fixos em ambos os lados do diafragma. Depois que a energia é aplicada, os eletrodos fixos gerarão um campo eletrostático no meio dos eletrodos. Este campo eletrostático gerará uma força de campo elétrico no diafragma carregado. , fazendo com que o diafragma vibre e o ar vibre. Restaure o som.
A composição da unidade eletrostática é muito mais do que um diagrama esquemático, que pode ser visto pelo seu preço. As unidades eletrostáticas são relativamente frágeis porque os diafragmas de corrente atingiram o nível do mícron. A unidade eletrostática tem duas vantagens significativas sobre a unidade de bobina móvel: primeiro, porque é acionada por um campo eletrostático, sua sensibilidade é muito melhor do que a de uma bobina móvel acionada por um campo magnético; segundo, porque o diafragma da unidade eletrostática é um plano, portanto não há vibração dividida. Comparado com o diafragma em forma de cone (é por isso que o tamanho da unidade e a geração de som da unidade de bobina móvel são diferentes), a distorção pode ser melhor controlada.
Conclusão:
Bem, o que foi dito acima é o princípio de produção de som das três unidades geradoras de som comuns atualmente no mercado. Espero que minha introdução possa ser útil para todos os leitores. Além disso, continuarei a apresentar outros detalhes relacionados e fatores de influência em artigos futuros, enquanto houver tempo. uau.
Por fim, aqui está uma foto dessas três unidades:
Como funcionam os alto-falantes
Noções básicas de som
Existe uma camada muito fina de pele na parte interna do ouvido humano, que chamamos de tímpano. Quando o tímpano vibra, o cérebro interpreta essa vibração como som, que é audição. Mudanças rápidas na pressão do ar são a causa mais comum de vibração do tímpano.
Quando os objetos vibram no ar, eles produzem som (o som também pode viajar através de líquidos e sólidos, mas o ar é o meio através do qual ouvimos os sons dos alto-falantes). Quando algo vibra, faz com que as moléculas de ar circundantes se movam. Essas moléculas de ar, por sua vez, comprimem as moléculas de ar ao seu redor, espalhando vibrações pelo ar na forma de propagação de perturbações.
Para entender como isso funciona, vamos examinar um corpo vibratório simples – uma campainha elétrica. Ao tocar, o metal vibra para frente e para trás rapidamente. Quando se curva para um lado, ele empurra para fora as moléculas de ar desse lado. Essas moléculas de ar então colidem com as moléculas de ar à sua frente, o que faz com que as moléculas de ar à sua frente colidam com as moléculas de ar à sua frente, e assim por diante. À medida que a peça de metal do sino elétrico se dobra, ela suga as moléculas de ar circundantes, fazendo com que a pressão ao seu redor caia, o que faz com que mais moléculas de ar sejam sugadas, fazendo com que a pressão ao redor das partículas mais distantes caia, e assim por diante. Essa queda de pressão é chamada de rarefação. Desta forma, o corpo vibrante transmite ondas de pulsação de pressão através da atmosfera. Depois que a onda pulsante é transmitida ao ouvido, ela vibrará repetidamente no tímpano. O cérebro interpreta esse movimento como som.
identificar sons
Podemos ouvir diferentes sons de diferentes corpos vibrantes, dependendo da vibração:
- Frequência das ondas sonoras – Frequências de ondas mais altas significam flutuações mais rápidas na pressão do ar. Este som parece agudo. Quanto mais lenta for a flutuação, mais baixo será o tom.
- Nível de Pressão – É a amplitude da onda e determina a intensidade do som. Quanto maior a amplitude da onda sonora, mais forte ela atinge o tímpano. Podemos pensar nessa sensação como volume alto
。
Os microfones funcionam de forma semelhante ao ouvido humano. Tem um diafragma e as ondas sonoras circundantes podem fazer com que o diafragma vibre. O sinal do microfone é codificado em um sinal eletrônico e armazenado em fita magnética ou CD. Quando este sinal é reproduzido num sistema estéreo, o amplificador transmite-o aos altifalantes, que por sua vez o redefinem como uma vibração mecânica. As ondas de pressão do ar produzidas por alto-falantes de alta qualidade são exatamente as mesmas captadas originalmente pelo microfone. Na próxima seção, veremos como os palestrantes realizam esse processo.
fala
Na parte anterior aprendemos sobre o processo de propagação do som nas ondas de pulsação da pressão do ar e, ao mesmo tempo, ouvimos diferentes sons produzidos devido às diferentes frequências e amplitudes das ondas. Aprendemos também que os microfones convertem ondas sonoras em sinais eletrônicos que podem ser codificados em CDs, fitas e LPs. O player converte as informações armazenadas novamente em corrente elétrica para o sistema estéreo.
Um alto-falante é essencialmente um conversor de terminal – o oposto de um microfone. Ele transporta sinais elétricos e os converte em vibrações mecânicas, criando ondas sonoras. Quando tudo corre como pretendido, os alto-falantes produzem as mesmas vibrações quase idênticas às produzidas pelos microfones que foram originalmente gravados e codificados em fitas, CDs, LPs, etc. Os alto-falantes tradicionais usam um ou mais drivers para realizar esse processo.
Vocalização: Diafragma
O driver gera ondas sonoras através de um cone ou diafragma flexível que vibra rapidamente.
- O cone flexível geralmente é feito de papel, plástico ou metal e é preso à extremidade mais larga da estrutura de suspensão.
- A suspensão ou surround é o aro de material flexível que movimenta o cone e está conectado à estrutura metálica do acionador chamada cesta.
- A extremidade estreita do cone vibratório está conectada à bobina de voz.
- A bobina de voz é conectada à cesta por meio de um tripé, um anel de material flexível. O tripé mantém a bobina de voz no lugar, mas permite que ela balance livremente para frente e para trás.
Algumas unidades possuem cobertura, mas não possuem cone. O capô nada mais é do que um diafragma que se expande para fora em vez de se contrair para dentro.
Som: bobina de voz
A bobina de voz é um eletroímã básico. Se você leu Como funcionam os eletroímãs, sabe que um eletroímã é uma bobina de fio, geralmente enrolada em um corpo metálico magnético, como o ferro. A corrente elétrica flui através da bobina, criando um campo magnético ao redor da bobina e magnetizando o metal em torno do qual a bobina está enrolada. Esta área é equivalente ao campo magnético em torno de um ímã permanente: possui duas polaridades, um pólo é o “Pólo Norte” e o outro é o “Pólo Sul”, e pode atrair objetos que contenham ferro. Ao contrário de um ímã permanente, ele pode alterar a polaridade do campo eletromagnético. Mudar a direção da corrente altera os pólos norte e sul do campo eletromagnético de acordo.
Isso é o que um sinal estéreo faz – ele muda constantemente a direção do fluxo da corrente. Se você já construiu um sistema estéreo, sabe que cada alto-falante tem dois fios de saída, geralmente um é preto e o outro é vermelho.
Na realidade, o amplificador está constantemente trocando sinais eletrônicos e flutuando entre cargas positivas e negativas na linha vermelha. Como os elétrons sempre fluem na mesma direção entre as partículas carregadas positiva e negativamente, a corrente que sai do alto-falante flui em uma direção e depois gira e flui na outra direção. Esta corrente alternada faz com que a polaridade do campo eletromagnético mude várias vezes em um segundo.
Som: Ímã
Então, como essa flutuação faz com que a bobina de voz do locutor se mova para frente e para trás? O campo eletromagnético é posicionado no campo magnético constante gerado pelo campo magnético permanente. Dois ímãs (eletroímã e ímã permanente) interagem como dois ímãs quaisquer. O pólo positivo do eletroímã atrai o pólo negativo do campo magnético permanente, e o pólo negativo do eletroímã repele o pólo negativo do campo magnético permanente. Quando a polaridade de um eletroímã muda, a polaridade de sua repulsão e atração também muda. Como resultado, a corrente alternada altera continuamente a força magnética entre a bobina móvel e o ímã permanente. Isso faz com que a bobina de voz se mova para frente e para trás rapidamente como um pistão.
Quando a corrente que flui através da bobina móvel muda de direção, a polaridade da bobina móvel também muda. Isso altera a força magnética entre a bobina móvel e o ímã permanente, fazendo com que a bobina móvel e o diafragma ao qual ela está conectada se movam para frente e para trás. Quando a bobina de voz se move, ela empurra e puxa o cone do alto-falante. Isso faz com que o ar na frente do alto-falante vibre, criando ondas sonoras. Um sinal de áudio eletrônico também pode ser considerado uma onda. A frequência e a amplitude da onda, que representa a onda sonora original, refletem a rapidez e a distância que a bobina de voz se move. Essa velocidade e distância, por sua vez, determinam a frequência e a amplitude das ondas sonoras produzidas pelo movimento do diafragma.
Diferentes tamanhos de driver são mais adequados para determinadas faixas de frequência. Portanto, os alto-falantes geralmente possuem uma grande faixa de frequência distribuída entre vários drivers. Na próxima seção, veremos como os alto-falantes distribuem sua faixa de frequência e exploraremos os principais tipos de drivers usados em amplificadores.
Tipo de drive
Na seção anterior, aprendemos que os alto-falantes tradicionais produzem som empurrando e puxando um eletroímã conectado a um cone flexível. Embora todos os drives sejam baseados no mesmo conceito, há uma ampla variedade de tamanhos e potências de drives. Os tipos básicos de unidade são:
- subwoofer
- tweeter
- amplificador de médio porte
Um woofer é o maior driver e é usado para produzir sons de baixa frequência. Tweeters são dispositivos muito menores e sua finalidade é produzir sons de alta frequência. Amplificadores de médio porte são alto-falantes que produzem uma faixa de espectro sonoro de médio porte.
É fácil entender se você pensar bem. Para produzir ondas sonoras de frequência mais alta, um padrão de onda em que os pontos de alta e baixa pressão estão mais próximos, o diafragma do driver deve vibrar mais rapidamente. Considerando o tamanho do cone vibratório, é difícil usar um cone vibratório grande. Pelo contrário, usar um driver pequeno para vibrar lentamente dificulta a produção de sons de frequência extremamente baixa. Portanto, a vibração rápida é preferida.
Parte da faixa de frequência
Para produzir som de alta qualidade com mais eficiência em uma faixa de frequência maior, você pode dividir toda a faixa de frequência em vários pedaços pequenos e depois processá-los com drivers especializados. Amplificadores de alta qualidade normalmente têm três drivers: um driver de graves, um driver de agudos e um driver de médio alcance, embalados em um único gabinete.
É claro que, para atribuir uma faixa de frequência dedicada a cada driver, o sistema de alto-falantes primeiro precisa separar o sinal de áudio em diferentes níveis, principalmente: baixa frequência, alta frequência e às vezes frequência média. Isto é o que a divisão de frequência do alto-falante faz.
O tipo de crossover mais comum é o crossover passivo , ou seja, não necessita de alimentação adicional, pois é ativado automaticamente pelo sinal de áudio que lhe é fornecido. Este tipo de crossover usa indutores, capacitores e, às vezes, outros componentes do circuito. Capacitores e indutores são bons condutores apenas sob certas condições. Quando a frequência ultrapassa um determinado nível, o capacitor divisor de frequência terá boa condutividade, pelo contrário, sua condutividade será ruim. O sensor de divisão de frequência é o oposto: somente quando a frequência é inferior a um determinado nível ele apresenta boa condutividade.
Dispositivos de crossover típicos para amplificadores: Indutores e capacitores dividem as frequências em diferentes níveis, que são então enviados para o woofer, tweeter e amplificador de médio porte, respectivamente.
Quando o sinal de áudio eletrônico viaja através do fio do alto-falante até os alto-falantes, ele na verdade passa pelo dispositivo de cruzamento de cada driver. Para que a corrente flua para o tweeter, ela deve passar por um capacitor. Assim, de modo geral, a corrente gerada pelo sinal de alta frequência fluirá para a bobina de voz do tweeter. Para que a corrente flua para o woofer, ela deve passar por um indutor, de forma que o driver responda principalmente aos sinais de baixa frequência. O indutor crossover de médio porte conduzirá eletricidade através do capacitor e do indutor, definindo os pontos de corte superior e inferior.
Há também um crossover ativo . Um crossover ativo é um dispositivo eletrônico que captura diferentes faixas de frequência antes que o sinal de áudio seja enviado ao amplificador (circuito amplificador usado em todos os alto-falantes). Os crossovers ativos têm várias vantagens sobre os crossovers passivos, sendo a principal delas que você pode ajustar facilmente a faixa de frequência. A faixa de cruzamento de um crossover passivo é determinada por um único componente do circuito e, para alterar sua faixa de cruzamento, é necessário instalar novos capacitores e indutores. No entanto, os crossovers ativos não são tão amplamente utilizados quanto os crossovers passivos. A principal razão é que os dispositivos ativos são extremamente caros. Em segundo lugar, os alto-falantes precisam ser equipados com mais amplificadores.
Em um sistema de som, crossovers e amplificadores podem ser instalados separadamente, mas a maioria das pessoas reluta em comprar uma unidade de alto-falante porque ela instala um crossover e vários drivers em uma única caixa de alto-falante. Na próxima seção, veremos o que esses alto-falantes fazem e como eles afetam a qualidade do som deles.
Alto-falantes selados
Na maioria dos sistemas PA, o amplificador e o crossover são instalados em algum tipo de gabinete de alto-falante. Esses alto-falantes percorrem um longo caminho. Dentre eles, o mais básico é a facilidade de instalação dos alto-falantes. Todos os componentes são reunidos em uma unidade e os drivers são colocados na posição correta para que trabalhem juntos para produzir o melhor som possível. Os gabinetes dos alto-falantes geralmente são feitos de madeira pesada ou outro material sólido que amortece efetivamente a vibração do driver. Se você simplesmente colocar o driver sobre uma mesa, a mesa vibrará alto, mascarando o som vindo dos próprios alto-falantes.
Além disso, os alto-falantes afetam a forma como o som é produzido. Quando olhamos para um driver de alto-falante, notamos apenas como o diafragma emite ondas sonoras na frente do cone. No entanto, como o diafragma se move para frente e para trás, as ondas sonoras são, na verdade, emitidas por trás do cone vibratório. Diferentes tipos de alto-falantes lidam com o “retorno” de maneiras diferentes.
O tipo mais comum de alto-falante é um alto-falante fechado, também conhecido como alto-falante sonar. Esses alto-falantes são completamente vedados, portanto não há vazamentos de ar. Isso significa que a onda direta pode entrar e sair da sala, enquanto a onda de retorno só pode permanecer no alto-falante. É claro que, como não há vazamento de ar, a pressão do ar dentro da caixa muda constantemente. O driver encolhe para dentro e a pressão aumenta; o amplificador se expande para fora e a pressão diminui. Ambos os movimentos criam uma diferença de pressão entre o interior e o exterior da caixa. Como o ar sempre atua para equilibrar a diferença de pressão, o motorista se aproxima constantemente de um estado de “repouso”, no qual a pressão do ar dentro e fora da caixa está equilibrada.
Em um conjunto de alto-falante selado, quando o diafragma do driver se contrai para dentro, ele comprime o ar na caixa; quando o diafragma do driver se expande para fora, ele libera o ar.
Esses alto-falantes são menos eficientes que outros designs porque seus amplificadores devem aumentar o sinal eletrônico para superar a pressão do ar. Porém, o papel da pressão não pode ser ignorado, pois ela atua como uma mola, mantendo sempre o acionador no lugar. Isso proporciona um som mais firme e preciso.
Outros palestrantes
Outros produtos de alto-falantes complementam a onda direta convertendo a pressão interna em pressão externa. A maneira mais comum de fazer isso é fazer um pequeno furo na parte interna do alto-falante. Nestes alto-falantes bass-reflex , o movimento reverso do diafragma empurra as ondas sonoras para fora dos pequenos orifícios, melhorando o nível geral do som. A principal vantagem dos alto-falantes bass reflex é sua alta eficiência. A potência de uma unidade móvel emite não uma, mas duas ondas sonoras. A desvantagem é que não há diferença de pressão do ar para restaurar o driver, portanto o som não é muito preciso.
Os alto-falantes passivos de baixa radiação são muito semelhantes aos alto-falantes bass-reflex; no entanto, em alto-falantes passivos de baixa radiação, a onda de retorno aciona outro driver passivo em vez de sair diretamente de um pequeno orifício na parte inferior do alto-falante. Os drivers passivos são muito semelhantes aos drivers ativos convencionais em outros aspectos, exceto que não possuem uma bobina de voz eletromagnética e não podem ser conectados a um amplificador. Ele simplesmente usa ondas sonoras geradas por drivers ativos para impulsionar seu movimento. Este tipo de alto-falante é mais eficiente que alto-falantes selados e mais preciso que alto-falantes com emissão de graves.
Alguns alto-falantes possuem drivers ativos que dirigem em uma direção e drivers passivos que dirigem na outra direção. Este design dipolo envia som em todas as direções, tornando-o uma boa escolha para os canais traseiros de um sistema de home theater.
Os alto-falantes apresentados acima são apenas alguns dos muitos tipos. Existem também muitos dispositivos de alto-falantes no mercado com diversas estruturas e arranjos de drivers. Para saber mais sobre esses produtos, confira aqui.
Produtos de alto-falantes de reposição
A maioria dos alto-falantes usa drivers convencionais para produzir som. Mas também existem alto-falantes no mercado que utilizam outras tecnologias. Esses produtos são superiores aos alto-falantes eletrodinâmicos tradicionais, mas em outros aspectos a vantagem pode não ser aparente. Portanto, eles geralmente são usados com dispositivos de acionamento.
O produto de substituição mais popular é o alto-falante eletrostático. Esses alto-falantes vibram o ar através de defletores condutores grandes e finos. A antepara está suspensa entre duas placas condutoras fixas e é carregada através de uma tomada de parede. Um campo elétrico com pólos positivos e negativos é criado entre essas placas carregadas. O sinal de áudio forma uma corrente através da placa de suspensão, mudando rapidamente entre eletricidade positiva e negativa. Quando a carga é positiva, a placa suspensa move-se em direção à região negativa do campo elétrico; quando a carga é negativa, a placa suspensa move-se em direção à região positiva do campo elétrico.
Como resultado, o diafragma é capaz de vibrar rapidamente o ar à sua frente. Como o diafragma tem uma massa pequena, ele pode responder com rapidez e precisão às alterações no sinal de áudio. Isso resulta em uma reprodução de som clara e precisa. No entanto, a distância que a partição percorre não é muito grande e, portanto, a eficiência de geração de ondas sonoras de baixa frequência não é alta. Por esta razão, os alto-falantes eletrostáticos são frequentemente equipados com um woofer para melhorar a faixa de baixas frequências. Outro problema com os alto-falantes eletrostáticos é que eles devem ser conectados à parede, o que torna o layout da sala inconveniente.
Outra alternativa são os alto-falantes de tecnologia magnética plana. Esses dispositivos utilizam uma longa tira de metal suspensa entre duas placas magnéticas. Eles funcionam basicamente da mesma maneira que os alto-falantes eletrostáticos, exceto na zona de campo onde o defletor pode se mover livremente (os alto-falantes de tecnologia magnética planar estão na zona do campo magnético, não na zona do campo elétrico). Assim como os alto-falantes eletrostáticos, eles produzem sons de alta frequência com extrema precisão, mas sons de baixa frequência que ficam abaixo dos padrões especificados. Portanto, os alto-falantes magnéticos planares geralmente são usados apenas para tweeters.
A popularidade de ambos os produtos está crescendo entre os audiófilos, mas, no longo prazo, os drivers elétricos tradicionais continuarão sendo a tecnologia dominante. Eles podem ser encontrados em todos os lugares, não apenas em sistemas de som, mas também em despertadores, sistemas de PA, televisões, computadores, fones de ouvido e muitos outros dispositivos. É incrível que um conceito tão simples tenha causado mudanças profundas no mundo moderno!