Novas Tecnologias de Alto-Falantes - Plasma – Eletrostático – Giratório (ART1452)

Desde sua invenção, na época dos rádios de galena e válvulas, os alto-falantes dinâmicos e de bobina móvel não mudaram muito, Apenas, novos desenhos com bobinas especiais e imãs cada vez mais potentes tornaram estes dispositivos ideais para a reprodução sonora com alto-rendimento e resposta plana numa ampla faixa de frequências. No entanto, novas tecnologias têm sido tentadas e até existem alguns produtos práticos. Neste artigo analisamos algumas delas.

Podemos começar nosso artigo, analisando o princípio de funcionamento de um alto-falante comum de bobina móvel e a natureza do som. Partimos de material de nosso almanaque.

Se bem que as vibrações sonoras não tenham natureza elétrica, como elas podem ser captadas e reproduzidas por dispositivos elétricos, seu estudo é muito importante para quem pretende conhecer eletrônica.

Como exemplos podemos citar sensores acústicos de uso industrial, intercomunicadores e até os sistemas multimídia fazem muito uso dessas vibrações pois os alto-falantes dos computadores produzem sons e além disso temos as entradas para sons captados por microfones.

As ondas sonoras são vibrações mecânicas necessitando para se propagar de meios materiais.

No vácuo o som não se propaga.

Uma experiência tradicional que mostra que isso é verdade consiste em se fazer funcionar uma campainha dentro de um vidro, do qual se tenha retirado todo ar.

O silêncio é absoluto, pois onde não há meio para o som se propagar ele não pode ser ouvido, conforme mostra a figura 1.

 


 

 

 Na lua seria impossível uma conversação já que ela não possui atmosfera e os "sons de explosão" no espaço que vemos nos filmes de ficção, consistem numa aberração, pois lá, tudo é silêncio.

No ar, o som se propaga na forma de ondas de compressão e descompressão, conforme mostra a figura 2.

 


 

 

 Assim, um alto-falante ao reproduzir um som, empurra para frente o ar para produzir uma onda de compressão e depois ao se mover em sentido contrário, o puxa de modo a produzir uma onda de descompressão.

Tanto a compressão como a descompressão se propagam com a mesma velocidade que, no ar sob condições normais de temperatura e pressão é da ordem de 340 metros por segundo.

Quando estas ondas de compressão e descompressão atingem nossos ouvidos elas atuam sobre uma fina membrana em seu interior, denominada tímpano, que transmite as vibrações ao sistema interno.

O sistema mecânico interno de nossos ouvidos, formado por alguns ossos móveis muito delicados, “traduz” as informações sobre a natureza do som captado e as envia ao cérebro por meio de ligações nervosas. Na figura 3 temos uma visão em corte de nosso ouvido.

 


 

 

 Um alto-falante comum de bobina móvel produz as ondas sonoras pelo movimento de seu cone.

Os alto-falantes comuns são transdutores que convertem energia elétrica em energia acústica. Em outras palavras, eles recebem um sinal elétrico que tem a freqüência e a forma de onda de um e o convertem nesse som, conforme mostra a figura 4.

 


 

 

 O tipo mais comum de alto-falante usado atualmente é o de bobina móvel. Trata-se de um transdutor eletrodinâmico bastante eficiente que tem a estrutura básica em corte mostrada na figura 5.

 


 

 

Nesse tipo de alto-falante existe uma bobina de fio de cobre esmaltado enrolada num tubinho que é preso ao cone do alto-falante. o cone pode ser de papelão ou plástico e tem um sistema de suspensão que permite que ele se movimente para frente e para trás.

A bobina está posicionada em torno de uma peça de metal, denominada peça polar, podendo se mover mas sem tocar nela. O movimento é para frente e para trás.

A peça polar está em contacto com um potente imã permanente de modo que ela concentra em torno da bobina esse campo, conforme mostra a figura 6.

 


 

 

 Quando uma corrente que tenha freqüência e forma de onda correspondente ao som que deva ser reproduzido percorre a bobina, um campo magnético com as mesmas características é criado.

Esse campo interage com o campo do imã concentrado na peça polar de tal modo que surgem forças proporcionais que tendem a movimentar a bobina e consequentemente o cone.

Assim, as forças são no sentido de fazer o cone vibrar, indo para frente e para trás, mas reproduzindo exatamente a forma de onda do sinal aplicado.

A conseqüência disso é que o cone se movimenta empurrando e puxando o ar em sua volta de modo a produzir ondas de compressão e descompressão do ar, ou seja, ondas sonoras, conforme mostra a figura 7.

 


 

 

 Na prática, devido a elasticidade do material usado no cone e também devido às próprias características das ondas acústicas, a reprodução do som num alto-falante ocorre de forma mais intensa em certas zonas, conforme a freqüência do som.

Por esse motivo, conforme mostra a figura 8, temos uma reprodução mais intensa dos agudos na região central enquanto que os médios ficam na região intermediária e os graves na periferia.

 


 

 

 

Esse comportamento faz com que os alto-falantes tradicionais tenham dimensões que correspondam justamente á faixa de sons que devam ser reproduzidas.

Mas, será que é possível produzir sons de outras formas, além desta e da que faz uso de cerâmicas piezoelétricas, como nos tweeters?

 

Alto-Falantes de Plasma

Conforme vimos, ondas sonoras são ondas de compressão e descompressão do ar. Estas ondas podem ser produzidas tanto pelo movimento de um objeto, no caso o cone de um alto-falante, como também pela expansão do ar, como ocorre numa explosão.

Uma descarga elétrica através do ar ionizado, por exemplo, como ocorre num raio é outra forma de se obter uma onda sonora. A expansão do ar, provoca o forte ruído do trovão.

Os alto-falantes de plasma aproveitam essa ideia.

Modulando-se uma fonte de muito alta tensão (MAT) com um sinal de áudio, a descarga que ocorre através de uma faísca, provoca ondas de compressão e descompressão do ar, resultando em som.

Denominamos plasma, pois trata-se do estado em que um gás ionizado perde seus elétrons e conduz intensamente a corrente elétrica.

A principal vantagem deste sistema é que não existe um corpo material para ser movimentado, como no caso do cone de um alto-falante, e portanto inércia que afete a curva de resposta.

No entanto, os experimentos feitos ainda não levam a um rendimento razoável, se bem que existam até empresas que vendam estes alto-falantes pela internet. Na figura 9 temos um exemplo.

  

Figura 9 – Tweeter de plasma da Corona Acoustyic GmbH (Alemanha) - http://www.plasmatweeter.de/eng_corona.htm
Figura 9 – Tweeter de plasma da Corona Acoustyic GmbH (Alemanha) - http://www.plasmatweeter.de/eng_corona.htm

 

 No seu circuito é utilizada uma válvula que gera alta tensão, em configuração semelhante a que encontramos nos televisores analógicos antigos para gerar a MAT dos cinescópios. Na figura 10, o tweeter visto aberto.

  

Figura 10 – O tweeter de plasma por dentro
Figura 10 – O tweeter de plasma por dentro

 

 Para os que desejarem fazer experiências, eis um circuito simples que pode ser elaborado com componentes comuns.

A bobina de alta tensão pode ser um fly-back comum de TV analógica antiga. O primário desta bobina consiste em 4 a 6 espiras de fio comum no núcleo exposto.

O arco de plasma é obtido entre dois alfinetes separados de 2 a 5 mm de distância, de acordo com a tensão obtida. O ajuste é feito em R1 e R2 que podem ser de 47 k.

A bateria B fornece 6 V (4 pilhas) e a fonte de 12 V deve ter pelo menos 3 A de corrente. O circuito é dado na figura 11.

  

Figura 11 – Simples alto-falante de plasma
Figura 11 – Simples alto-falante de plasma

 

 Ao que parece, a resposta de frequência está diretamente ligada a potência da faísca. Vemos que pequenas faíscas, como as de velas de carro, produzem sons agudos em que enormes faíscas como os raios, produzem sons graves.

Assim, o alto-falante experimental dado deve funcionar como um tweeter.

 

Alto-Falantes Eletrostáticos

A idéia básica deste alto-falante é a de que duas placas carregadas com cargas de sinais opostos se atraem e com cargas de sinais iguais se repelem.

Se estas placas tiverem certa flexibilidade ou ainda forem móveis a atração e a repulsão pode fazer com que sejam geradas ondas sonoras.

Outra possibilidade é usar um material flexível como diafragma de modo que ele sofra deformações sob o campo elétrico e com isso produza sons.

Para se ter uma boa força de atração e repulsão num sistema deste tipo, deve-se trabalhar com tensões elevadas, da ordem de milhares de volts.

Desta forma, o tipo mais comum, que já pode ser encontrado à venda, consiste em placas de metal de grandes dimensões que estão submetidas a um sinal de áudio de alta tensão, conforme mostra a figura 12.

  

Figura 12 – Um alto-falante eletrostático
Figura 12 – Um alto-falante eletrostático

 

 Se invertermos um pequeno transformador de 110 V ou 220 V com 6 a 12 V de secundário e ligarmos o secundário na saída de um amplificador, podemos ter um alto-falantes experimental eletrostático.

Basta ligar o primário em duas folhas de alumínio esticadas de uns 40 x 40 cm cada uma separadas uma da outra de uns 2 ou 3 cm. Com o sinal de áudio, as folhas vibram produzindo sons.

Na figura 13 mostramos como fazer isso.

  

Figura 13  - Alto-falante eletrostático experimental
Figura 13 - Alto-falante eletrostático experimental

 

 Na figura 14 temos um alto-falante eletrostático comercial de grande potência que se caracteriza por ser capaz de reproduzir sons muito graves com excelente rendimento e fidelidade.

Como subwoofer ele pode reproduzir sons abaixo de 30 Hz com facilidade. Seu preço, entretanto é elevadíssimo.

  

Figura 15 – Alto-falante rotativo – as posições das pás são moduladas pelo sinal de áudio
Figura 14 – Alto-falantes eletrostáticos comerciais

 

 

Alto-Falantes Giratórios

Uma tecnologia interessante que apresenta algumas soluções na internet em http://www.eminent-tech.com/main.html

Neste sistema é utilizado um ventilador em que a inclinação das pás é controlada pelo sinal de áudio. Desta forma, o fluxo de ar varia produzindo assim uma onda sonora.

O alto-falante é vendido pela empresa cujo site é dado acima e tem um custo bastante elevado, destinado basicamente à reprodução de sons graves.

 

 

Figura 14 – Alto-falantes eletrostáticos comerciais
Figura 15 – Alto-falante rotativo – as posições das pás são moduladas pelo sinal de áudio

 

 

Segundo o fabricante, este alto-falante pode reproduzir sinais abaixo de 20 Hz, o que não se consegue com um subwoofer comum.

As especificações este alto-falante são muito interessante:

Resposta de frequência: 1 a 30 Hz

Potência do amplificador exigida: 150 W

Sensibilidade: 94 dB 1W 1 metro em 10 Hz

Distorção típica: 3% de 1 a 20 Hz

Preço: U$ 12 900,00

Também podem ser obtidos serviços de projeto e instalação.

 


Localizador de Datasheets


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

Opinião

Mudanças realizadas (OP206)

Nas últimas semanas nosso site e mesmo nossa empresa passaram por diversas modificações, atualizações e lançamentos. Assim, muitos podem ter percebidos alguns problemas de instabilidade do site em certos momentos nas semanas passadas.

Leia mais...