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1 TEXTO DE APOIO SISTEMAS DE RÁDIO E TV Abreviaturas: IEC Internationl Electrotechnical Commission MPEG Moving Picture Experts Group ISO Internation Standardization (for) Organization SAC Spatial Audio Coding BINAURAL Ter ou relativo a duas orelhas MPS

Mathematical Programming System

Definição de som: O som é a propagação de uma frente de compressão mecânica ou onda longitudinal. Esta onda se propaga de forma circuncêntrica, apenas em meios materiais, que têm massa e elasticidade, como os sólidos, líquidos ou gasosos, ou seja, não se propaga no vácuo. Os sons naturais são, na sua maioria, combinações de sinais, mas um som puro monotónico, representado por uma senóide pura, possui uma velocidade de oscilação ou frequência que se mede em hertz (Hz) e uma amplitude ou energia que se mede em decíbels. Os sons audíveis pelo ouvido humano têm uma frequência entre 20 Hz e 20 kHz. Acima e abaixo desta faixa são ultra-som e infra-som, respectivamente. Ele pode ser caracterizado como um meio essencialmente auditivo, formado pela combinação do binômio: voz e música.

(O transdutor é qualquer dispositivo capaz de transformar um tipo de sinal em outro para permitir o controle de processos físicos, ou realizar uma medição, etc.)

Ondas Mecânicas - são aquelas que precisam de meio material para se propagarem, mas não se propagam no vácuo. Velocidade da voz: Vv= 340 m/s (1.228 km/h ) Infra-sons (0-14 Hz)

_____________sons audíveis________________ultra-sons (15-20.000 Hz)

Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

(20.000 Hz em diante)

2 TEXTO DE APOIO Seres humanos e vários animais percebem sons com o sentido da audição, com seus dois ouvidos, que permitem saber a distância e posição da fonte sonora, a chamada audição estereofônica. Com o advento do acelerado desenvolvimento tecnológico e consequente digitalização, sistemas de áudio têm conhecido melhores cenários, os quais são contemplados no MPEG. Assim, vejamos alguns conceitos: MPEG Surround (ISO/IEC 23003-1 ou MPEG-D Parte 1), também conhecido como SAC é um formato de compressão de áudio Surround que fornece um método para estender canais mono ou estéreo para multi-canal de forma compatível. Nr de altifalantes determina o tipo de som ambiente: ◦

2.1: 2 altifalantes frontais e subwoofer;

O som estéreo simples gera uma ilusão de tridimensionalidade limitada, mudando o volume do sinal de cada alti-falante, imitando o aspecto mais simples da audição binaural.

Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

3 TEXTO DE APOIO

Fig. Som binaural É muito fácil produzir som estéreo em uma mesa de mistura (ou aplicativo de mixagem). É gravar em estéreo, usando dois microfones, simulando seus ouvidos. Esse tipo de gravação é chamada de binaural (de dois ouvidos), e o ideal é ouvir esse tipo de gravação com auriculares (fones de ouvido). A ilusão binaural funciona muito bem com auriculares, mas não com alti-falantes, que podem ser reconhecidos como duas fontes de localizações diferentes. O novo conjunto de alterações de fase associadas ao aposento em questão tende a embaralhar as informações do sinal original.

Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

4 TEXTO DE APOIO

Infelizmente, o som binaural só funciona mesmo com fones de ouvido. Com caixas de som no local, a maior parte da subtileza é perdida, e é difícil encontrar alguma diferença em relação ao pan (referente a toda gama de frequências audíveis) do som estéreo. Isso acontece porque o som não chega mais aos seus ouvidos sem alterações. Diversas configurações foram testadas ao longo dos anos, de três a dez alti-falantes, e a mais popular é a de seis alti falantes, denominada "surround 5.1".

◦

5.1: Dois altifalantes frontais, um central, dois traseiros, e um subwoofer;

Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

5 TEXTO DE APOIO

Canal WAV/FLAC

Vorbis

1

Esquerdo

Esquerdo

2

Direito

Central

3

Central

Direito

4

LFE

Surround esquerdo

5 6

Surround esquerdo

Surround direito

Surround direito LFE

Atribuição de canais no Surround 5.1

Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

6 TEXTO DE APOIO

7.1: Dois altifalantes frontais, um central, dois laterais, dois traseiros, e um subwoofer. Depois deste pequeno desvio, voltemos às nossas ondas. A propriedade mais empregue das ondas sonoras é a pressão do som, medida em µbar=1 dynn/cm2. Mas antes, recordemo-nos de algumas designações:

O decibel [dB] Um dos mais comuns e ao mesmo tempo confusos termos usados em electroacústica é o ‘decibel’. Basicamente, o decibel é a décima parte do ‘Bel’, escala criada por Alexander Graham Bell para apresentar grandes quantidades. O decibel(dB) não é uma unidade de medida, mas sim escala que relaciona dois valores, razão entre estes. Quando esta relação é muito grande (por exemplo, 1/1.000.000) é mais fácil trabalhar com o dB. É muito usado para relacionar grandezas acústicas, eléctricas, etc..

BEL = log

Q1 Q2 Q1

Em elaboração: (Engº Rafael S.=Mendes) dB 10 . BEL → dB = 10 . log Q2 ESCN/2007

7 TEXTO DE APOIO Onde Q1 e Q2 são as quantidades que serão relacionadas. Por se utilizar do logaritmo da relação, os valores em dB são bastante próximos da sensação humana. Exemplos : Se um amplificador tem um sinal de saída 10.000 vezes maior que o sinal de sua entrada, então a relação saída/entrada será Q1/Q2 = 10.000/1. Assim podemos dizer que o poder de amplificação (ganho) do amplificador será de 10.000/1 ou de 40 dB. Se, em um ambiente, o som está o dobro do ruído, dizemos que a relação entre o som e o ruído é de 2/1, ou Q1/Q2 = 2/1, ou + 3dB. Se o ruído é o dobro do som, a relação é ½, ou Q1/Q2 = ½ , ou –3 dB. Se um aparelho de amplificação sonora individual tem um ganho (relação entre o sinal de saída e o sinal de entrada) de 60 dB, isto significa que a relação Q1/Q2 = 106, ou 1.000.000.

Escalas relativas e absolutas A própria definição de decibel nos leva a um conceito relativo, sem qualquer valor fixo ou absoluto. Porém, quando existe a necessidade de um padrão de referência, a este é associado o valor de ‘zero dB’, fazendo com que todas as medições se façam em relação a este valor. Eis alguns valores de referência padronizados em dB: Relações usadas em acústica: • dB SPL – nível de pressão sonora (sound pressure level) – medida absoluta que usa como referência (0 dB)a pressão sonora do limiar da audição para 1000 Hz, ou 0,0002 dinas/cm2 ou 0,00002 Newtons/cm2 (Pa). Em português é usado dB NIS. • dB SWL – decibel nível de potência sonora (sound power level) – medida absoluta cujo 0 dB equivale a 10-12 Watts/m2 ou 10-16 Watts/cm2. Em português é usado dB NPS. • dB (A), dB(B), dB(C), dB(D) – São quantidades em dB medidas com o medidor de nível sonoro com a incorporação de um filtro de frequências. A curva A [dB(A)] é muito próxima da resposta subjetiva, sendo usada em medições de níveis de ruído e perda de audição induzida por ruído. • dB NA – decibel nível de audição – São quantidades em dB medidas no audiômetro, que apresentam o nível de audição de uma pessoa, usando como referência o limiar de audição de indivíduos normais. Relações usadas em sinais elétricos: • dBm – expressa a relação entre potências elétricas, usando como referência 1 miliwatt, para uma inpedância de 600 ohm. Portanto 0 dBm = 0,001 W. •

dBu – expressa a mesma medida de dBm, porém para qualquer impedância. Portanto 0 dBu = 0,001 W.

•

dBV e dBv – expressa a relação entre diferenças de potencial (voltagens). O valor dBV é usado para qualquer impedância, enquanto que dBv é usado para 600 ohm. Em ambos os casos a referência é 0 dB = 1 volt rms.

Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

8 TEXTO DE APOIO •

dBW – é a escala usada em relações de potências. A referência é 1 Watt., ou seja 0 dBW = 1 W.

Níveis de potência Uma larga gama de níveis de potência é encontrada em sistemas de transmissão de telecomunicações e, portanto, é conveniente usar uma unidade logarítmica para potências. Esta unidade é o decíbel (dB) que é definido como o seguinte: a) Se a potência de saída P2 é maior que a potência de entrada P1 então o ganho G em decibeis é: 𝑃

𝐺 = 10𝑙𝑜𝑔 (𝑃2 ) 𝑑𝐵

(2.1.a)

1

b) Se contudo

P2  P1 , então a

perda ou atenuação L em decibeis é igual a:

𝑃1

𝐿 = 10𝑙𝑜𝑔 (𝑃 ) 𝑑𝐵

(2.1.b)

2

c) Se os circuitos de entrada e saída tem a mesma impedância então: 𝑃2 𝑃1

𝑉

2

2

𝐼

= (𝑉2 ) = (𝐼2 ) , e 1

1

𝑉

𝐼

𝐺 = 20𝑙𝑜𝑔10 (𝑉2 ) = 20𝑙𝑜𝑔10 (𝐼2 ) 𝑑𝐵; 1

1

(2.2)

Uma unidade logaritmica de potência é conveniente quando um número de circuitos tendo ganhos ou perdas são conectados em tandem. O ganho ou perdas geral do número total de circuitos em tandem é simplesmente a soma algébrica dos seus ganhos ou perdas individuais medidas em decibel. Se uma rede passiva tal como um atenuador ou filtro é introduzido no circuito entre o gerador e a carga, o acrescimo da perda total do circuito é chamado de perda de insersão. Se uma rede activa tal como um amplificador é inserido a potência recebida pela carga deve aumentar, isto é portanto um ganho de inserção. O decibel (dB) como definido acima é uma unidade relativa do nível de potência. Para medir o nível absoluto de potência em decibeis é necessário especificar um nível de referência.Este é usualmente tomado como sendo de 1 mW e o simbolo“dBm”, é usado para indicar níveis de potência relativos a 1𝑚𝑊, por exemplo1𝑚𝑊 = +30 𝑑𝐵𝑚 e 1𝜇𝑊 = −30 𝑑𝐵𝑚. Algumas vezes (em sitemas satelite por exemplo) o nível de referência é tomado como sendo 1𝑊, o simbolo usado é então dBw. Uma vez que o sistema de transmissão contém ganhos e perdas, um sinal terá diferentes níveis em diferentes pontos do sistema, e portanto é conveniente exprimir os níveis em diferentes pontos do sistema em relação a um ponto escolhido chamado “ponto de referência zero”. O nível relativodum sistema em qualquer outro ponto em relação a este nível no ponto de referência é denotado como dBr. Um exemplo pode ser visto na figura 2.1. Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

9 TEXTO DE APOIO É muitas vezes conveniente exprimir o nível do sinal em termos do nível correspondente no ponto de referência, isto é denotado como dBm0, consequentemente: 𝑑𝐵𝑚0 = 𝑑𝐵𝑚 − 𝑑𝐵𝑟 Por exemplo se um sinal tem o nível absoluto de −6 𝑑𝐵𝑚 num ponto onde o nível relativo é -10 dB, o nível do sinal referido no ponto de referência zero é: 𝑑𝐵𝑚0 = 𝑑𝐵𝑚 − 𝑑𝐵𝑟 = −6(−6) + 10 = +4𝑑𝑏𝑚0

Exemplos de níveis relativos de potência no sistema de transmissão analógico

Vantagens As vantagens do uso do decíbel são: • • •

É mais conveniente somar os valores em decibels em estágios sucessivos de um sistema do que multiplicar os seus factores de multiplicação. Faixas muito grandes de razões de valores podem ser expressas em decibels em uma faixa bastante moderada, possibilitando uma melhor visualização dos valores grandes. Na acústica o decíbel, usado como uma escala logarítmica da razão de intensidade sonora, se ajusta melhor à intensidade percebida pelo ouvido humano, pois o aumento do nível de intensidade em decibels corresponde aproximadamente ao aumento percebido em qualquer intensidade, facto conhecido como a Lei de potências de Stevens. Os sons são usados de várias maneiras, muito especialmente para comunicação através da fala ou, por exemplo, música.

Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

10 TEXTO DE APOIO

a) Ondas sonoras; b) tímpanos; c) cóclea; d) células receptoras de som; e) espectro de frequência; f) potencial da acção do nervo. Por outras palavras, o som pode ser definido como uma onda em movimento, propagando-se através de um meio elástico, longitudinalmente, que produz uma sensação auditiva no ouvido devido a mudança de pressão sobre o mesmo. Assim, ondas sonoras produzem-se mediante um corpo vibrante em contacto com o arEstereofonia. Ruído É um som aleatório composto de várias frequências diferentes não relacionadas harmonicamente. Se o ruído tem uma intensidade demasiado elevada, impedirá a inteligibilidade da palavra e da música, reduzindo o prazer de escutar. Distribuição de energia na voz humana A maior energia situa-se entre 200 Hz e 3,4 KHz, caindo drásticamente acima dos 6 KHz. (alínea e) da figura acima) Transdutor Definição: É um elemento activado pela energia entregue por um sistema e que por sua vez a entrega a outro sistema. A energia transformada pode ser eléctrica, mecância ou acústica. O altifalante é o exemplo típico de um transdutor electro-acústico. É todo o dispositivo que transforma uma forma de energia em outra. Representação de um transdutor:

Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

11 TEXTO DE APOIO

Esquema de funcionamento de um transdutor

Esquema de funcionamento de transdutor passivo

Alguns tipos de transdutores: • • • • • • • •

Alto-falante Antena Cápsula fonocaptora Célula fotoeléctrica Captador Dínamo Fotocélula Gerador

• • • • • •

LVDT Microfone Motores Extensômetro Termômetro Termopar

Transdutor passivo É um transductor cujas ondas de saída são independentes de qualquer gerador de energia e estão controladas pelas ondas actuantes.(ex.: Resistência;Capacitor; Inductor) Os transdutores passivos precisam de uma fonte de alimentação externa e o valor da sua saída é obtido com base numa variação, como por exemplo, de uma resistência ou de um capacitor. Transdutor activo (alti-alimentados) Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

12 TEXTO DE APOIO Estes geram uma tensão, ou corrente, quando expostos a uma determinada forma de energia, não eléctrica. É um transductor cujas ondas de saída dependem de fontes de energia independentes das originadas por qualquer das ondas actuantes. O transdutor não necessita de qualquer fonte de alimentação externa, produzindo eles próprios um sinal analógico de corrente ou tensão, quando estimulado por alguma forma de energia. Os transdutores são designados, as vezes, por sensores. A saida não está controlada pela onda actuante. O que determina a escolha do tipo de transdutor: 1- Gama de funcionamento (limites de utilização): O transdutor deve ter uma boa resolução na gama pretendida. 2- Sensibilidade: O transdutor deve ser suficientemente sensível para permitir uma saída razoavelmente detectável 3- Resposta em Frequência: A resposta do transdutor deve ser o mais plana possível na gama de frequências desejadas. 4- Compatibilidade Ambiental: Deve-se ter a atenção a gama de temperatura em que o transdutor vai funcionar, as pressões, choques e interações a que vai estar sujeito as suas dimensões e as restrições de montagem. 5-Sensibilidade mínima: deve ser pouco sensível a outros estímulos que não sejam os da grandeza a medir 6- Exactidão: Deve ser sujeito a erros de repetibilidade e calibração, bem como erros esperados devido à sua sensibilidade a outros estímulos. 7- Características eléctricas como, por exemplo: Comprimento e tipo do cabo, relação entre o sinal e o ruído, quando combinadas com a amplificação, e as limitações da frequência de resposta. 8- Condições de aplicação e robustez (peso, dimensões, robustez mecânica e elétrica).

A-MICROFONES É um elemento transdutor que converte a energia acústica em electricidade, portanto, transdutor acústico-eléctrico.

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13 TEXTO DE APOIO

Num microfone, as ondas sonoras são convertidas em vibrações mecânicas de um diafragma fino e flexível. Essas vibrações mecânicas são em seguida convertidas em sinais eléctricos. Tipo de conversão: • • • •

Tipo de microfone

Electrodinâmico (Electromagnético) Electrostático Piezoeléctrico Resistência de contacto variável

-Dinâmicos (bobina móvel e fita) -Capacitivo (Condensador) -a cristal ou cerâmico -a carvão Bobina móvel

Ondas sonoras

Vibrações mecânicas

Sinais eléctricos Condensador

Os microfones são usados em muitas aplicações, como na transmissão de rádio e televisão, telefones, gravadores e em aparelhos auditivos. Além dos microfones dinâmicos e capacitivos, existem outros, cujo funcionamento é semelhante a um destes dois, como veremos mais tarde. Funcionamento de microfones Como acabamos de ver, existem dois princípios operacionais usados nos microfones: o dinâmico (bobina móvel) e o capacitivo (de condensador). Microfone dinâmico: Consiste de um diafragma fino acoplado a uma pequena bobina de alumínio imersa num forte campo magnético. Quando o som atinge o diafragma, ele se move para dentro e para fora, fazendo a bobina também se mover. O movimento da bobina dentro do campo magnético fixo gera uma voltagem nos terminais da bobina, que é análoga ao nível da pressão do ar no diafragma. Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

14 TEXTO DE APOIO Significa que a magnitude e a direcção da corrente eléctrica são directamente proporcionais ao movimento da bobina e do diafragma, sendo uma perfeita representação da onda sonora incidente. Os microfones dinâmicos são altamente confiáveis, resistentes e fidedignos. Por estas razões, e por serem insensíveis a factores ambientais (pressão atmosférica, humidade, temperatura), é muito comum seu uso em shows ao vivo, onde a resistência física é muito importante. Actualmente já se fabricam microfones dinâmicos muito sensíveis, sendo largamente usados em estúdios de gravação. Seu diagrama polar é omnidireccional. Há um conjunto de bobines ligadas ao diafragma, que se movem com ele; a parte fixa do microfone inclui um íman, que cria um campo magnético (que não é constante no espaço). O movimento do diafragma faz com que as bobines se afastem ou aproximem do íman, e o fluxo do campo magnético através das bobines varia no tempo; assim, pelo fenómeno de indução electromagnética (Faraday), a corrente que circula pelas bobines também varia. Dado que o movimento do diafragma (logo, das bobines) é controlado pelo som que incide sobre ele, a corrente recolhida é função do som incidente (é uma imagem eléctrica do sinal sonoro). As ondas sonoras que incidem sobre a superfície do diafragma fazem com que a bobine se mova dentro do campo magnético gerando uma tensão proporcional a pressão sonora na superfície do diafragma. Não precisa de transformador de saída, pois a tensão de saída tira-se directamente da bobine móvel.

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15 TEXTO DE APOIO

Por outras palavras: • Pressão do ar desloca o diafragma • Movimento da bobine • Varia o campo magnético dentro dela • Induz-se corrente eléctrica variável na bobine Microfone capacitivo Consiste de uma placa fixada muito próximo ao diafragma, como mostra a figura. Entre a placa e o diafragma é mantida uma carga eléctrica polarizada, de forma que quando o diafragma se move sob a influência das ondas sonoras, a voltagem entre ele e a placa varia da mesma forma. Portanto, esta variação de voltagem é análoga à variação da capacitância.

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16 TEXTO DE APOIO

Por outras palavras: • Pressão do ar desloca o diafragma • Espessura do dieléctrico fica modificada • Modifica-se a capacitância • Produz-se corrente eléctrica variável (fraca) Microfones a eletreto Actualmente, na maioria dos microfones capacitivos a polarização é obtida por meio de um electreto, uma camada pré-polarizada, localizada na placa ou então atrás do próprio diafragma. Os microfones profissionais de alta qualidade geralmente usam polarização externa. A figura abaixo mostra a vista em corte de um microfone capacitivo pré-polarizado, com o material polarizante (electreto) localizado na placa.

Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

17 TEXTO DE APOIO Electreto é uma classe especial dos microfones a condensador. Os microfones a electreto têm seu diafragma construído de um material plástico que retém uma carga estática indefinidamente. Esta carga é aplicada pelo fabricante durante a fabricação do microfone, não necessitando, para o seu funcionamento, de polarização externa como acontece com o microfone a condensador. Estes microfones continuam necessitando de um amplificador de sinal, visto ser muito pequena a tensão gerada pelo condensador/electreto. Os electretos têm um uso crescente no mercado, principalmente pelo preço. Por terem uma excelente qualidade sonora são usados em gravações profissionais e equipamentos de laboratórios. Todos os microfones capacitivos possuem um pré-amplificador localizado junto ao diafragma, necessário para converter a alta impedância do elemento capacitivo variável a um valor adequadamente baixo, para que o sinal possa ser facilmente transmitido sem perda significativa através de um cabo comum. Alguns microfones pré-polarizados são alimentados directamente por uma bateria de 9 volts, mas quase todos os microfones capacitivos são alimentados externamente por uma fonte de 48 volts em corrente contínua, chamada de “phantom power”, que é fornecida pela mesa de mistura (misturador de áudio) ou outro tipo de equipamento onde o microfone pode ser conectado (ex.:pré-amplificador). Alguns microfones tanto podem ser alimentados por uma bateria interna de 9V quanto por “phantom power”. Microfones a carbono Foi o primeiro tipo de microfone desenvolvido. A Figura abaixo ilustra a construção de um típico microfone a carbono.

Um pequeno cubo é enchido com carvão pulverizado e fechado por um disco de metal (bronze) o qual é acoplado a um diafragma circular de metal. É aplicada uma tensão (6 v) entre o diafragma e a base do cubo. O diafragma vibrando com a onda sonora, transmite a vibração para o disco de metal e para o carvão pulverizado, tornando-o mais ou menos denso. Assim, varia a resistência eléctrica do carvão, convertendo estas variações em tensão, que corresponderão às ondas sonoras.

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18 TEXTO DE APOIO Os microfones a carvão não apresentam boas qualidades sonoras, mas são baratos e resistentes. Por essas razões eles continuam sendo largamente empregues em equipamentos sonoros. Actualmente a grande aplicação deste tipo de microfone é nos telefones residenciais. Por outras palavras: • Pressão do ar desloca o diafragma, que • Faz variar a densidade das partículas, que • Originam a variação da resistência eléctrica e, por meio desta, • Varia a corrente. Desvantagem: Tem um ruído contínuo de altas frequências devido a resistência de contacto entre os grãos de carvão, a resposta em frequência é limitada e a distorção é muito alta. Os de construção normal não devem sofrer golpes quando estão em funcionamento, a tensão não deve ser excedida sob o risco de, a ser maior, fundir os grãos de carvão. Microfone de carvão de construção dupla Empregam uma estrutura igual a anterior (simples), um em cada lado do diafragma. Quando o diafragma se move a resistência de contacto dos grãos de carvão de invólucro montado do lado donde vem a onda de pressão reduz a resistência, enquanto aumenta do outro lado. Tem as mesmas desvantagens que o simples difere da distorção da forma de onda, os picos de ressonância são reduzidos. Microfone de fita ou velocidade É um microfone no qual uma fita metálica é suspensa num campo magnético forte. As ondas de pressão fazem vibrar a fita no campo magnético gerando uma tensão correspondente a velocidade da onda sonora. Tem uma ampla margem de frequência, boa sensibilidade, baixa distorção e baixo ruído interno. Microfones a cinta Empregam um método de transdução similar ao microfone dinâmico. O diafragma deste microfone é composto de uma cinta de metal corrugada (vide fig. abaixo) mergulhada num campo magnético constante. As extremidades da placa são ligadas a fios condutores. Quando as ondas sonoras atingem a cinta, esta vibra, se movimentando dentro do campo magnético e gerando uma tensão induzida nos fios. Por gerar uma tensão muito pequena, há a necessidade de um transformador que eleva a tensão e aumentar a impedância do microfone. Os microfones de cinta são muito sensíveis e frágeis. Os primeiros construídos eram danificados com qualquer som mais intenso (às vezes uma tosse do locutor, ou ao soprá-lo). Actualmente são construídos microfones mais robustos, com excelentes qualidades acústicas (principalmente em sons de alta frequência). São os microfones preferidos para uso vocal (em gravações), sendo usados também em instrumentos laboratoriais.

Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

19 TEXTO DE APOIO Microfone Piezoeléctrico Trata-se de um tipo de microfone desenvolvido no princípio das descobertas eletroacústicas por Pierre e Jacques Curie, o qual concluíu que certos materiais (cristais, cerâmicas e polímeros especiais), quando deformados, adquirem cargas; o efeito é reversível, pelo que se lhes fornecermos cargas eles deformam-se! O diafragma está ligado a um cristal, de tal forma a que o seu movimento origine tensões neste e, dadas as características já acima referenciadas, essas tensões originam cargas (efeito piezoeléctrico). Quando a onda sonora atinge o diafragma, fazendo-o vibrar, o cristal é levemente deformado. O cristal gera uma tensão em resposta a esta deformação, tensão esta directamente proporcional às variações da pressão sonora. São microfones de baixo custo e não apresentam boa qualidade sonora. Têm bom sinal eléctrico de saída, sendo muito susceptíveis à temperatura e à humidade.

Classificação dos microfones: • Segundo seu funcionamento: o Velocidade (fita) o Pressão • Segundo seu desenho físico: o Bobina móvel o Condensador o Carbono o Fita (velocidade) o Cinta o Cristal-Cerâmico (Piezoeléctrico) o Electreto • Segundo diagrama polar: o Omni-direccional o Direccional ▪ Bidireccional ▪ Unidireccional • Cardióide • Supercardióide • Hipercardióide • Shot-gun Características de Microfones

Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

20 TEXTO DE APOIO A característica mais fundamental de um microfone é seu padrão de captação tri-dimensional (Omni-direccional). Talvez 90% de todos os microfones esteja dentro de duas categorias: omnidirecionais e cardióides. Os microfones do tipo cardióide são, basicamente, unidirecionais, e existem três variações: cardióide, hiper-cardióide, e super-cardióide. Omnidireccional o

A maioria dos microfones omni, sobretudo do tipo capacitivo, possui uma resposta de frequências bastante suave, e por isso são largamente usados para captação de voz, tanto em sistemas de sonorização quanto em estúdios de gravação.

o

Os microfones omnidireccionais têm um ruído de manuseio relativamente baixo e não possuem o efeito de proximidade, que realça os graves, como os cardióides.

o

Por causa de seus diafragmas bem amortecidos, os microfones omnidireccionais geralmente são mais robustos do que os cardióides.

A Figura a seguir mostra o padrão omnidireccional numa representação em duas dimensões, conhecida como padrão polar (A), e também numa representação tri-dimensional (B).

O padrão omni é obtido restringindo a entrada do som no microfone a um único ponto na frente do diafragma. Por causa disso existe pouquíssima distinção quanto à direcção em que o som incide, e assim o microfone responde igualmente aos sons vindos de todas as direções. Nas frequências muito altas há uma tendência à captação maior pela frente, mas na maioria das aplicações isso é irrelevante. Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

21 TEXTO DE APOIO Cardióide o

Um microfone cardióide possui um alcance maior do que um omnidirecional. Graças ao seu padrão de captação voltado para a frente, ele possui uma alta relação entre a resposta a sons vindos na direção de seu eixo e a resposta a direções aleatórias. A Figura a seguir mostra uma comparação entre microfones omnidirecionais e cardióides, em termos de distâncias equivalentes de operação. O que essa ilustração demonstra é que o microfone cardióide pode ser usado a uma distância 1,7 vezes maior do que um omnidirecional, e ainda assim oferecendo a mesma supressão global do ruído aleatório do ambiente.

Um microfone com padrão hiper-cardióide pode ser usado a uma distância 2 vezes maior do que o omnidirecional para produzir um mesmo resultado, e um microfone com padrão super-cardióide pode ser usado a uma distância 1,9 vezes maior. Em termos de decíbeis, quando usados a uma mesma distância de operação a rejeição do cardióide aos sons que chegam aleatoriamente é da ordem de 4,8 dB a mais do que um omnidirecional. Por comparação, o super-cardióide teria uma rejeição de 5,8 dB a mais, e o hiper-cardióide uma rejeição de 6 dB a mais.

Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

22 TEXTO DE APOIO

O “efeito de proximidade” é ao mesmo tempo uma bênção e uma desgraça. Muitos cantores adoram a ênfase dos graves que se obtém quando seguram o microfone cardióide muito perto da boca, e por isso jamais pensam em usar um microfone omnidirecional. Por outro lado, o efeito de proximidade faz o microfone cardióide ser muito sensível a ruídos pelo seu manuseio e aos efeitos do vento. A Figura abaixo mostra o efeito de proximidade típico com um microfone cardióide: a resposta de frequências é mostrada para distâncias de operação desde 7,5 cm até 30 cm. Esse microfone foi projectado para ter uma queda de resposta a baixas frequências de acordo com o aumento da distância, de forma que o efeito de proximidade restaure as baixas frequências quando o microfone é posicionado mais próximo. Muitos dos microfones indicados para voz são projetados dessa maneira, de forma a poderem causar um pequeno reforço quando usados próximos à boca.

Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

23 TEXTO DE APOIO

Em aplicações normais de sonorização, o padrão cardióide oferece imunidade extra à realimentação (microfonia), embora talvez nem sempre tão próximo dos 4,8 dB mencionados anteriormente. o

Como podemos ver, os padrões hiper-cardióide e super-cardióide oferecem uma pequena melhoria em relação ao cardióide em termos de imunidade a sons aleatórios. Embora o engenheiro de gravação possa preferir o cardióide comum por seu ponto nulo em 180°, o engenheiro de sonorização geralmente prefere o super-cardióide e o hipercardióide pelo seu maior alcance. Ao abrir mais o lóbulo posterior (180°) na resposta direcional, o padrão frontal fica mais “justo” do que no cardióide comum. Isso pode também ser útil no palco, onde dois ou mais cantores podem estar bastante próximos um do outro. Os gráficos mostram os ângulos nominais de aceitação (±3 dB) oferecidos pelos microfones de padrão cardióide.

A figura a seguir mostra os detalhes do microfone do tipo cardióide. Observe que há dois caminhos até ao diafragma: um pela frente, e outro pelas aberturas dos lados.

Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

24 TEXTO DE APOIO Para fontes sonoras localizadas no eixo do microfone, isto é, com ângulo de incidência de 0°, o som que entra pela frente sempre chega antes do som que entra por trás, pois ele atravessa um caminho mais curto (Fig. A), e por isso é captado pelo microfone. Para uma fonte sonora localizada atrás (180°) do microfone, os dois sons que chegam ao diafragma são opostos e iguais, e assim se cancelam (Fig.B). Na construção do microfone é usada uma resistência acústica para assegurar que os caminhos pela frente e por trás fiquem iguais para o caso de sinais que incidem a 180° do eixo. Para posições intermediárias, a resposta irá variar, como mostra o diagrama polar na Figura abaixo é mostrada uma representação tri-dimensional do padrão cardióide.

A estrutura interna de um microfone cardióide é muito mais complexa do que a de um microfone omni, e é tomado um cuidado muito grande no projecto do caminho por trás para que o cancelamento para fontes a 180° seja uniforme na maior gama possível de frequências.

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25 TEXTO DE APOIO

O gráfico anterior mostra um óptimo exemplo de microfone cardióide, medido em 0°, 90°, e 180°. Como se pode observar, a rejeição em 180° é da ordem de 20 a 25 dB na faixa de frequências médias, mas a acção cardióide diminui tanto nas frequências muito baixas quanto nas muito altas. Hiper-cardióide, super-cardióide, Shot-gun Estes tipos são variações do padrão cardióide básico, e podem ser muito úteis em certas aplicações. Se o caminho por trás é levemente alterado, pode-se variar o ângulo no qual a captação é mínima. Existem três padrões resultantes dessas alterações, que são conhecidos como hiper-cardióide, super-cardióide e shot-gun. Esses padrões têm o efeito de mudar o alcance do microfone, e podem ser muito úteis em determinadas aplicações de sonorização, por permitir mais ganho sem microfoniado que um cardióide.

Características eléctricas dos microfones: As características eléctricas e acústicas dos microfones determinam a qualidade de seu desempenho e a conveniência para uma determinada aplicação. Assim, a seguir destacamos as principais características: 1. Impedância 2. Padrão de captação tri-dimensional Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

26 TEXTO DE APOIO 3. Resposta de Frequência 4. Intensidade: o Sensibilidade ▪

Microfones dinâmicos

▪ Microfones capacitivos o Ponto de saturação- SLP (120 a 150 dB) 5. Nível de ruído intrínseco 6. Alimentação 7. Direccionalidade 1. Impedância A impedância de microfone é a resistência medida para a passagem de uma corrente alternada (normalmente de 1000 Hz). Costuma-se classificar os microfones em ‘Alta’ e ‘Baixa’ impedância: ⚫ Baixa impedância – resistência menor que 150 ohms ⚫ Alta impedância – resistência maior que 25 kohms Os microfones de baixa impedância são os preferidos em instalações eletroacústicas por apresentarem menor captação de ruídos externos (indução nos cabos) e por não apresentarem limite no comprimento dos cabos (alta impedância o comprimento é limitado em 6 metros) De acordo com a tendência actual, os microfones capacitivos possuem impedância interna da ordem de 200 ohms, enquanto os dinâmicos possuem impedâncias que variam de 200 a 800 ohms. De uma forma geral, esses valores podem ser incluídos na designação “baixa impedância”. Os microfones são projetados para serem conectados em entradas de mesas de mistura ou de outros equipamentos de áudio que tenham impedância nominal de 3.000 ohms ou mais. A vantagem dos microfones de baixa impedância é de eles poderem ser usados à uma distância bastante grande da mesa de mistura, sem haver perdas consideráveis. Isto permite a operação sem problemas à distâncias de até cerca de 200m, embora raramente isso aconteça nas aplicações comuns. Uma vez que as linhas de baixa impedância são balanceadas, elas são virtualmente insensíveis a perturbações eléctricas externas. Os microfones de alta impedância já foram muito usados em aplicações onde as distâncias são muito curtas, mas actualmente não há vantagens para seu uso, até porque os préamplificadores de baixa impedância de alta qualidade caíram de preço drasticamente. 2. Padrão de captação tri-dimensional

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27 TEXTO DE APOIO É a característica mais fundamental de um microfone (Omni-direccional). Podemos ter ousadia de dizer que 90% de todos os microfones está dentro de duas categorias: -omnidirecionais -cardióides. 3. Resposta em Frequência

Nívelrelativo [dB]

A resposta em frequência de um microfone é a medição do seu sinal de saída para um dado nível de pressão sonora em diferentes frequências. Evidentemente que o ideal seria que o microfone respondesse com o mesmo sinal para qualquer frequência do som captado (Figura a seguir). Porém, esta resposta ideal não é possível obter-se, havendo algumas oscilações na sensibilidade. Para microfones comerciais para voz, intencionalmente, realiza-se um corte em frequências abaixo de 100 Hz. +10 0 -10 50

100

200

500

1k

2k

5k

10k

Frequência da Resposta [Hz]

Resposta ideal Resposta real Efeito de Proximidade 4. Intensidade: a. Sensibilida ou nível de saída de microfone A capacidade do transdutor em transformar a energia acústica em sinal elétrico. A relação de grandezas mais usada é milivolts/Pascal [mv/Pa], ou seja, quantos milivolts de tensão eléctrica são produzidos pelo microfone para cada Pascal de pressão sonora que ele recebe. Eis alguns valores práticos: Microfones dinâmicos 0,7 a 3,0 mv/Pa Microfones à condensador 7,0 a 11,0 mv/Pa. Para medir a sensibilidade de um microfone, ele é colocado num campo sonoro de referência recebendo um nível de pressão sonora de 94 dB SPL com frequência de 1.000 Hz. O nível de pressão sonora de 94 dB é equivalente a 1 Pascal (Pa), que é a unidade de medida de pressão. Nessas condições, é medida a voltagem de saída no microfone, sem carga, e então é estabelecida a sensibilidade nominal, em mV/Pa. A sensibilidade também pode ser indicada em decibéis relativos a 1 volt, designação conhecida como dBV. A tabela a seguir mostra as sensibilidades de alguns microfones (AKG). Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

28 TEXTO DE APOIO MODELO C414B/ULS C480, CK61 C535EB C3000B D3800 D770 D58

TIPO capacitivo (multi-padrão) capacitivo (multi-cápsula) capacitivo (vocal/instrumento) capacitivo eletreto (2 padrões) dinâmico (vocal) dinâmico (vocal/instrumento) dinâmico (cancelamento de ruído)

SENSIBILIDADE 12,5 mV/Pa 20 mV/Pa 7 mV/Pa

dBV -38 -34 -43

25 mV/Pa

-32

2,8 mV/Pa 2,5 mV/Pa

-51 -52

0,72 mV/Pa

-63

Obs.: dBV = 20 log (mV/Pa) – 60 Embora a faixa de variação total mostrada na tabela seja de cerca de 25 dB, levando-se em conta o uso recomendado para cada um dos modelos, a média da voltagem de saída provavelmente não variará tanto. Os três modelos dinâmicos, por exemplo, são indicados para uso próximo à fonte sonora, o que resultará numa maior voltagem média de saída. Da mesma forma, os quatro modelos capacitivos podem ser usados em gravações clássicas e posicionados no estúdio a até cerca de 5 metros da fonte sonora. Isso significa que as voltagens efectivas de saída para todos os tipos de microfones tenderá a valores muito próximos. Na verdade, esta é uma consideração importante no projecto de um modelo de microfone. b. Ponto de saturação O limite máximo efectivo do nível de pressão sonora que um microfone pode suportar é o valor no qual o sinal de saída do microfone começa a apresentar uma determinada quantidade de distorção harmónica. Os valores típicos adoptados como padrões pela indústria para isso são 0,5% ou 1%, e são sempre indicados na especificação. Na maioria dos microfones capacitivos da AKG, o ponto de saturação está na faixa de 130 a 140 dB SPL, para valores de distorção de 0,5% ou 1%. No caso dos microfones dinâmicos, as especificações de saturação em geral indicam o nível sonoro que produz distorção harmónica de 1% e 3%. Muitos microfones podem ser usados em campos sonoros de120 dB até 156 dB, produzindo não mais do que 3% de distorção na saída. Na maioria das aplicações envolvendo captação de voz para comunicação e sonorização, pode-se ignorar essas limitações, mas em estúdios de gravação e em sonorização de música, com microfones posicionados muito próximos de instrumentos com volume alti, podemos facilmente atingir níveis da ordem de 130 dB.

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29 TEXTO DE APOIO 5. Nível de ruído a. Intrínseco O ruído intrínseco de um microfone capacitivo é o nível de ruído audível que ele produz quando é colocado isolado de fontes sonoras externas. Um microfone que possui um nível de ruído intrínseco de 15 dBA, por exemplo, produz praticamente a mesma saída que um microfone “perfeito” colocado num local cujo ruído ambiente é de 15 dBA. A nova tecnologia de microfone capacitivo com um pré-amplificador integrado (no modelo AKG C480) permite um nível de ruído da ordem de 10 dBA. Este valor é tão baixo quanto o de qualquer microfone capacitivo de estúdio, e por isso esses microfones são indicados para uso em gravação digital. b. De manuseio Muitos microfones antigos feitos para se segurar na mão eram muito susceptíveis a ruídos de manuseio. Hoje, a maioria dos fabricantes resolveu este problema através de uma montagem cuidadosa da cápsula dentro do corpo do microfone, e também com a implementação de um filtro que corte as frequências baixas nos microfones indicados para uso muito próximo. Não existem padrões para se medir o ruído de manuseio, e sua ocorrência ou não é meramente consequência da menor ou maior atenção do fabricante no detalhamento do seu projecto. Os microfones modernos destacam-se por seu baixo nível de ruído de manuseio. Os microfones dinâmicos não têm especificação de ruído intrínseco, pois este depende da sensibilidade do microfone e do circuito electrónico ao qual ele está acoplado. Para muitas aplicações pode-se seguramente ignorar o nível de ruído intrínseco dos microfones, uma vez que o ruído ambiente geralmente é muito maior do que o do microfone. 6. Alimentação e conecções O «phantom power» é uma alimentação fantasma que utiliza o mesmo cao que conduz o sinal para alimentar os circuitos de microfones condensadores. É uma tensão entre 9 e 56 Volts onde existe uma tendência na indústria em padronizar em 48 Volts DC, conforme a norma DIN 45596/IEC 815. Alguns microfones utilizados em instrumentação operam com tensões de 15 Volts DC. Microfones que operam tanto com pilhas quanto com phantom power, apresentam melhor performance quanto operam com o phantom power em 48 V devido a possibilidade de maior excursão do sinal. Outro factor importante é a estabilidade oferecida por não dependerem de cargas armazenadas. Em um cabo para microfone balanceado, com conectores XLR, a tensão phanto power utilizará o condutor «hot» pino 2 e «cold» pino 3, para ser conduzida. Por meio de resistores de cerca de 6.8 k a tensão estará presente nestes condutores em relação ao terra, pino 1. O valor destes resistores pode sofrer pequenas alterações se o phantom power utilizado for de tensão menor que 48 V. Todos os microfones capacitivos necessitam de algum tipo de alimentação eléctrica, pois contêm dentro deles um circuito electrónico de pré-amplificação. Muitos Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

30 TEXTO DE APOIO microfones de electreto são alimentados por uma bateria interna de 9 volts, e por isso quando o microfone não está em uso, a alimentação deve ser desligada, para economizar a bateria. A tolerância para os valores é suficientemente grande, de maneira que muitos dos microfones capacitivos (por exemplo, da AKG) podem ser alimentados com tensões desde 9 até 52 volts, tornando-os adaptáveis a uma larga faixa de condições de operação.

Conecções: Balanceada -/- Não-Balanceada Conexões não-balanceadas empregam dois condutores: um no potencial do aterramento e o outro conduzindo o sinal. Os equipamentos que operam em nível de -10 dBV quase sempre usam conexões não-balanceadas. Conexões balanceadas (push-pull) empregam dois condutores, cada um conduzindo o mesmo potencial de sinal, mas com polaridade invertida em relação ao outro. A conexão balanceada pode ter ou não uma referência de aterramento. Se não tiver, é chamada de conexão “flutuante”. Uma conexão balanceada com referência de aterramento requer três condutores, sendo o terceiro o potencial de aterramento (uma conexão flutuante pode também ter um terceiro condutor, mas ele é usado como blindagem e não como potencial de aterramento). Porque usar conexões balanceadas?

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31 TEXTO DE APOIO Particularmente em sistemas de sonorização, ou em sistemas complexos de gravação e radiodifusão, as conexões balanceadas são preferenciais porque elas são bem menos suscetíveis a captação de interferência. Os equipamentos profissionais que operam em +4 dBu usualmente (mas nem sempre) possuem entradas e saídas balanceadas. Conexões nãobalanceadas podem operar muito bem em sistemas de áudio de pequeno porte, ou em sistemas fixos (permanentes), onde os problemas de loops de terra podem ser eliminados de uma vez, e esquecidos. Em sistemas de sonorização portáteis, é melhor evitar conexões não-balanceadas. 7. Direccionalidade A direccionalidade de um microfone é a maneira que o seu elemento transdutor responde aos sons que chegam de diferentes direcções. Protetor de vento (windscreen) Todos os microfones estão sujeitos a gerar estranhos sons (assopros e explosões) quando recebem um deslocamento de ar em sua membrana, normalmente causados por ventos ou pela proximidade do microfone com a boca do orador. Estes ruídos diminuem dramaticamente a inteligibilidade da linguagem, podendo até danificar microfones mais sensíveis. A solução para este problema é o uso do equipamento chamado ‘protector de vento’, que é basicamente um filtro para a velocidade do ar, construído de tecido (nailon) ou de espuma. B-ALTIFALANTES Foi em 1924, que os cientistas americanos C. W. Rice e E. W. Kellogg inventaram e const ruíram o primeiro altifalante, devido ao desenvolvimento operado nossistemas amplificadores de válvulas eletrónicas quetornou possível o funcionamento dos altifalantes. No altifalante ocorre a transformação inversa àquela do microfone: a corrente eléctrica é transformada em vibrações mecânicas do ar, reconstituindo o som inicial. Para tanto, é necessário o uso de uma bobina, um diafragma (um cone circular ou elíptico, geralmente de papelão por ter peso menor ou polipropileno, um plástico), um íman permanente (ou um electroíman) e uma suspensão chamada "aranha". O diafragma fica preso na carcaça de metal por meio de um sistema de suspensão de borracha ou espuma localizado ao redor de sua borda externa (chamado de "surround" ou borda). Na parte central do cone, fica a bobina, posicionada entre os pólos de um íman permanente e em suspensão pela "aranha", um disco de tecido ondulado grosso coberto com resina que facilita a movimentação da mesma. Um altifalante é constituído basicamente de quatro elementos: estrutura, cone, bobina móvel e íman. Por outras palavras: dois ímanes tanto se podem atrair como se podem repelir. O que ocorre no altifalante é o mesmo, pois o íman gera um campo magnético fixo, enquanto a bobina, ao ser percorrida por uma corrente eléctrica, também gera um campo magnético que tanto se pode opor como se pode igualar em sentido ao do íman. Isto acontece porque o sinal aplicado à bobina do altifalante é de corrente alternada, assim sendo, quando a corrente circula num sentido na bobina, é criado um campo magnético que faz com que a bobina seja repelida pelo Em elaboração: (Engº Rafael S. Mendes) ESCN/2007

32 TEXTO DE APOIO íman, e quando a polaridade se inverte faz com que a corrente que circula em sentido contrário origine que a bobina seja atraída pelo íman. A conversão do sinal eléctrico para sonoro dá-se ao prendermos a bobina num cone, que por sua vez se encontra fixo à estrutura. O movimento da bobina para frente e para traz faz com que o cone, ao se deslocar, movimente o ar, provocando uma pressão sonora. Ou seja, se injectarmos um sinal de 1KHz a um altifalante, o seu cone deverá movimentar-se 1000 vezes por segundo. Tal facto influência a estrutura de um altifalante, já que fica evidente que um altifalante de grandes dimensões e elevado peso do conjunto cone & bobina terá dificuldades de efectuar movimentos rápidos (alta frequência). Alti-falante é o termo genérico usado para descrever uma ampla variedade de transdutores que convertem energia eléctrica em acústica. Basicamente existem duas formas de transdução: a electromagnética e a piezoeléctrica. Transdutores electromagnéticos A grande maioria dos altifalantes (para baixa, média e alta frequências) é construída por um motor linear eletromagnético. A abaixo mostra o esquema de um alti-falante electromagnético. Uma bobina móvel é mergulhada num campo magnético gerado por um íman permanente. Ao passar a corrente eléctrica (sinal eléctrico) pela bobina, esta recebe uma força para frente ou para trás, gerando movimento da bobina, cuja intensidade é directamente proporcional à intensidade da corrente eléctrica. Um cone de papelão (ou aglomerado de madeira ou PVC) é preso à bobina, recebendo o movimento desta O movimento vibratório do cone gera as ondas sonoras no ar anterior e posterior do alti-falante.

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33 TEXTO DE APOIO

Esquema de um alti-falante electromagnético Transdutores piezoelétricos Os altifalantes piezoelétricos (ou de cristal) se utilizam da propriedade de alguns materiais cerâmicos de se expandirem ou se contraírem quando recebem uma polarização. A figura a seguir mostra um esquema deste tipo de altifalante.

O cristal piezoeléctrico ao receber o sinal eléctrico se contrai ou se expande, movimentando o cone (ou diafragma) para frente ou para trás. O movimento vibratório do cone gera as ondas de pressão acústica. Estes altifalantes têm uma limitada amplitude de oscilação, sendo usados apenas para altas frequências (acima de 5 kHz), onde oferecem alti rendimento e baixa distorção. Esquema de um altifalante piezoelétrico. Caixas acústicas

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34 TEXTO DE APOIO

Ao ar livre, o som produzido por um altifalante sai tanto pela frente como por trás dele. Assim, o som que sai por trás anula parte do som da frente, reduzindo o rendimento do altifalante.

A caixa acústica é um recipiente onde o som produzido atrás do altifalante sai por outra abertura e soma-se com o frente, aumentando, desta forma, o som total e sua qualidade.

fechado, som

da

As ondas sonoras são radiadas pelo cone no lado anterior e posterior do altifalante. Estas ondas são desfasadas 180º uma da outra. Portanto, se as duas ondas sonoras se juntarem, elas se anulam. Isto obriga um isolamento entre os dois lados para não permitir o cancelamento das ondas (curto-circuito acústico). Esta é a principal função de uma caixa acústica: isolar as duas ondas acústicas. Basicamente, existem duas maneiras de se fazer este isolamento: 1. ⬧ Sistema de Suspensão Acústica – trata-se de uma caixa totalmente vedada na qual todo o som gerado pela parte anterior do altifalante se propaga para o ambiente (som útil), e todo o som radiado pela parte posterior do cone fica preso dentro da caixa, sendo transformado em calor por um material absorvente acústico. 2. ⬧ Sistema Bass-reflex – também chamado de inversor de fase, utiliza o som radiado pela face posterior do altifalante. Invertendo a sua fase, o reproduz para a frente da caixa acústica, adicionando-o ao som directamente gerado. A figura a seguir mostra um esquema do sistema "Bass-reflex".

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35 TEXTO DE APOIO

som radiado

Esquema do sistema "Bass-Reflex" de reprodução de sons graves. A resposta de um altifalante a um impulso eléctrico faz com que a sua impedância varie, o som produzido é influenciado não só pelo movimento das bobinas internas, como também pela impedância que varia com o funcionamento. Para compensar esta limitação de resposta em toda a gama de frequências de áudio utilizamse circuitos de filtragem (com bobinas e condensadores)para frequências, tais divisores de frequências, que fornecem a cada altifalante(dentro de caixa acústica) a faixa de frequências apropriada ao seu funcionamento, vulgarmente designado por Crossover.

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36 TEXTO DE APOIO

Características dos altifalantes Impedância: é a oposição à passagem de corrente eléctrica que o altifalante apresenta a uma dada frequência, os fabricantes fornecem em catálogo a impedância nominal, que deve ser usada para efeitos de cálculo de um sistema de amplificação. Os valores normalmente encontrados em altifalantes profissionais são de 8 e 16 Ohm. Rendimento dos altifalantes: o rendimento é a percentagem de energia elétrica transformada em energia acústica (som). Em razão da impedância acústica ser muito pequena, o rendimento de um alti-falante e de uma caixa acústica é baixíssimo: para a caixa do tipo suspensão acústica o rendimento é entre 0,3 e 0,8 %, dificilmente chegando a 1 %; para caixas bass-reflex o rendimento é entre 1,0 e 2,0 %, dificilmente chegando a 3,0 %. A potência nominal- é o maior valor de potência expresso em Watt que pode ser aplicado continuamente ao altifalante. Sensibilidade A sensitividade de um altifalante é avaliada de forma normalizada: trata-se do Nível de Pressão Sonora (SPL medido em dB) a um metro do alti-falante para um Watt (RMS) de sinal elétrico. As medições devem ser realizadas no eixo do alti-falante, quando este tem suas regiões anterior e posterior isoladas. Alti-falantes de boa qualidade apresentam sensitividade próxima de 95 dB/W.

Liga-se o enrolamento da bobina aos fios de saída do amplificador. No momento em que surgir corrente eléctrica nestes fios, surgirá um campo magnético na bobina. Este irá interagir com o campo natural do íman permanente, criando uma reacção de atracção ou repulsão – consequentemente gerando o movimento do diafragma, que está livre para movimento, sendo

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37 TEXTO DE APOIO sustentado pela "aranha". Esta movimentação diafragmática criará uma turbulência ritmada no ar, consequentemente, ondas sonoras. Resumindo: o som produzido por um altifalante nada mais é do que uma turbulência ritmada no ar, causada pelo movimento do diafragma, resultado da interacção do campo magnético da bobina com o do imã permanente. Para melhorar a reprodução o altifalante passou a ser montado em uma caixa acústica. Altifalante é um Transdutor electracústico que transforma um sinal de audiofrequência numa onda acústica.

Os altifalantes são transdutores electro-acústicos utilizados com finalidade de transformarem a energia eléctrica em energia acústica, mediante o movimento mecânico de um diafragma. (é dispositivo que converte o sinal eléctrico em ondas sonoras). Os altifalantes são, esquematicamente, muito semelhantes aos microfones, mas funcionam ao contrário. Ou seja: aqui, é o sinal eléctrico que vai, através de um sistema electromagnéticomecânico ser transformado no movimento do diafragma, que origina as ondas sonoras.

Classificação dos altifalantes Para uma melhor reprodução de toda a faixa de áudio (20 Hz a 22 KHz), um aparelho de maior qualidade usa um altifalante para cada intervalo de frequências, conforme as faixas seguintes de trabalho: 1. Sub-woofer:-

frequência baixa, até 100 Hz; (0.4-0.3)

2. Woofer:-

frequência baixa, até 300 Hz;

3. Mid-Bass:-

30 Hz a 3.000 Hz

4. Mid-range:-

frequências médias,300 Hz a 5 KHz;

5. Corneta:

1 KHz a 10 KHz (800 Hz a 20 KHz) 2 KHz a 16 KHz 2 KHz a 22 KHz

6. Tweeter: Super-tweeter:

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