Tweeter - Tweeter
Um tweeter ou alto-falante agudo é um tipo especial de alto-falante (geralmente cúpula, cúpula inversa ou tipo buzina) que é projetado para produzir altas frequências de áudio, normalmente fornecem altas frequências de até 100 kHz. O nome é derivado dos sons agudos feitos por alguns pássaros (Tweets), especialmente em contraste com os latidos baixos feitos por muitos cães , a partir dos quais os drivers de baixa frequência são nomeados ( woofers ).
Operação
Quase todos os tweeters são drivers eletrodinâmicos que usam uma bobina de voz suspensa em um campo magnético fixo. Esses projetos operam aplicando corrente da saída de um circuito amplificador a uma bobina de fio chamada bobina de voz . A bobina de voz produz um campo magnético variável, que funciona contra o campo magnético fixo de um ímã permanente em torno do qual a bobina de voz cilíndrica é suspensa, forçando a bobina de voz e o diafragma ligado a ela a se moverem. Este movimento mecânico assemelha-se à forma de onda do sinal eletrônico fornecido pela saída do amplificador para a bobina de voz. Uma vez que a bobina está ligada a um diafragma, o movimento vibratório da bobina de voz é transmitido para o diafragma; o diafragma, por sua vez, vibra o ar, criando movimentos de ar ou ondas de áudio, que são ouvidos como sons agudos.
Os tweeters modernos são normalmente diferentes dos tweeters mais antigos, que geralmente eram pequenas versões de woofers . Conforme a tecnologia do tweeter avançou, diferentes aplicativos de design se tornaram populares. Muitos diafragmas de tweeter de cúpula macia são termoformados de filme de poliéster, ou seda ou tecido de poliéster que foi impregnado com uma resina de polímero. Os tweeters de cúpula rígida geralmente são feitos de alumínio, ligas de alumínio-magnésio ou titânio.
Os tweeters destinam-se a converter um sinal elétrico em movimento mecânico do ar sem nada adicionado ou subtraído, mas o processo é imperfeito e os tweeters do mundo real envolvem compensações. Entre os desafios no projeto e fabricação do tweeter estão: fornecer amortecimento adequado, para interromper o movimento da cúpula rapidamente quando o sinal terminar; garantindo a linearidade da suspensão, permitindo alto rendimento no limite inferior de sua faixa de frequência; garantindo a liberdade de contato com o conjunto magnético, mantendo a cúpula centralizada enquanto se move; e fornecer manuseio de energia adequado sem adicionar massa excessiva.
Os tweeters também podem trabalhar em colaboração com os woofers responsáveis por gerar as frequências baixas ou graves.
Alguns tweeters ficam fora do gabinete principal em sua própria unidade semi-independente. Os exemplos incluem " super tweeters " e o romance "egg tweeter" de Ohm . Este último se conecta e gira para ajustar o campo sonoro, dependendo da posição do ouvinte e da preferência do usuário. A separação do defletor é considerada ótima sob a teoria de que o menor defletor possível é ideal para tweeters.
Faixa
A maioria dos tweeters é projetada para reproduzir frequências até o limite superior formalmente definido da faixa de audição humana (normalmente listado como 20 kHz); alguns operam em frequências até aproximadamente entre 5 kHz a 20 kHz. Tweeters com uma faixa superior maior foram projetados para testes psicoacústicos, para áudio digital de faixa estendida, como Super Audio CD destinado a audiófilos , para biólogos realizando pesquisas sobre a resposta de animais a sons e para sistemas de som ambiente em zoológicos. Foram feitos tweeters de fita que podem reproduzir 80 kHz e até 100 kHz.
Materiais de cúpula
Todos os materiais de cúpula têm vantagens e desvantagens. Três propriedades que os projetistas procuram em cúpulas são: baixa massa, alta rigidez e bom amortecimento. Celestion foram os primeiros fabricantes a fabricar tweeters de cúpula de um metal, cobre . Hoje em dia , são usados outros metais, como alumínio , titânio , magnésio e berílio , bem como várias ligas dos mesmos, sendo leves e rígidos, mas com baixo amortecimento; seus modos ressonantes ocorrem acima de 20 kHz. Materiais mais exóticos, como o diamante sintético , também estão sendo usados por sua extrema rigidez. O filme de tereftalato de polietileno e a seda tecida sofrem menos zumbidos, mas não são tão rígidos, o que pode limitar sua saída de frequência muito alta.
Em geral, tweeters de cúpula menores fornecem maior dispersão de som nas frequências mais altas. No entanto, tweeters de cúpula menores têm menos área de irradiação, o que limita sua saída na extremidade inferior de sua faixa; e eles têm bobinas de voz menores, que limitam sua saída de energia geral.
Ferrofluido
O ferrofluido é uma suspensão de partículas magnéticas de óxido de ferro muito pequenas (normalmente 10 nm) em um líquido de volatilidade muito baixa , normalmente um óleo sintético. Uma ampla gama de variantes de viscosidade e densidade magnética permite que os projetistas adicionem amortecimento, resfriamento ou ambos. O ferrofluido também auxilia na centralização da bobina de voz na lacuna magnética, reduzindo a distorção. O fluido é tipicamente injetado na lacuna magnética e é mantido no lugar pelo forte campo magnético. Se um tweeter foi submetido a níveis elevados de potência, ocorre algum espessamento do ferrofluido, à medida que uma parte do líquido transportador evapora. Em casos extremos, isso pode degradar a qualidade do som e o nível de saída de um tweeter, e o fluido deve ser removido e um novo fluido instalado.
Aplicações de som profissional
Os tweeters projetados para reforço de som e aplicações de instrumentos musicais são amplamente semelhantes aos tweeters de alta fidelidade, embora geralmente não sejam chamados de tweeters, mas de "drivers de alta frequência". As principais diferenças de requisitos de design são: montagens construídas para remessa e manuseio repetidos, drivers frequentemente montados em estruturas de buzina para fornecer níveis de som mais altos e maior controle de dispersão de som e bobinas de voz mais robustas para suportar os níveis de potência mais altos normalmente encontrados. Os drivers de alta frequência nas buzinas PA são frequentemente chamados de " drivers de compressão " no modo de acoplamento acústico entre o diafragma do driver e a garganta da buzina.
Vários materiais são usados na construção de diafragmas de driver de compressão, incluindo titânio, alumínio, tecido fenólico impregnado, poliimida e filme PET , cada um com suas próprias características. O diafragma é colado a um formador de bobina de voz, normalmente feito de um material diferente da cúpula, uma vez que deve lidar com o calor sem rasgar ou alterar as dimensões significativas. Filme de poliimida, Nomex e fibra de vidro são populares para esta aplicação. A suspensão pode ser uma continuação do diafragma e é colada a um anel de montagem, que pode se encaixar em uma ranhura, por cima de pinos de localização ou ser fixada com parafusos de máquina. O diafragma geralmente tem o formato de uma cúpula invertida e carrega em uma série de canais cônicos em uma estrutura central chamada de plugue de fase , que equaliza o comprimento do caminho entre as várias áreas do diafragma e a garganta do chifre, evitando cancelamentos acústicos entre diferentes pontos no superfície do diafragma. O plugue de fase sai em um tubo cônico, que forma o início do próprio chifre. Esta garganta que se expande lentamente dentro do driver é continuada no alargamento da buzina. O alargamento da buzina controla o padrão de cobertura, ou diretividade e, como um transformador acústico, adiciona ganho. Uma combinação de buzina profissional e driver de compressão tem uma sensibilidade de saída entre 105 e 112 dB / watt / metro. Isso é substancialmente mais eficiente (e menos perigoso termicamente para uma bobina de voz pequena e anterior) do que outra construção de tweeter.
Tipos de tweeters
Tweeter cone
Os tweeters em cone têm o mesmo design e forma básicos de um woofer com otimizações para operar em frequências mais altas. As otimizações geralmente são:
- um cone muito pequeno e leve para que possa se mover rapidamente;
- materiais de cone escolhidos quanto à rigidez (por exemplo, cones de cerâmica na linha de um fabricante) ou boas propriedades de amortecimento (por exemplo, papel, seda ou tecido revestido) ou ambos;
- uma suspensão (ou aranha) que é mais rígida do que para outros drivers - menos flexibilidade é necessária para a reprodução de alta frequência;
- bobinas de voz pequenas (3/4 de polegada é o típico) e fio leve (fino), que também ajuda o cone do tweeter a se mover rapidamente.
Os tweeters de cone eram populares em alto-falantes estéreo de alta fidelidade mais antigos, projetados e fabricados nas décadas de 1960 e 1970 como uma alternativa ao tweeter de cúpula (que foi desenvolvido no final dos anos 1950). Os tweeters em cone de hoje costumam ser relativamente baratos, mas muitos dos anteriores eram de alta qualidade, como os feitos por Audax / Polydax, Bozak, CTS, JBL, Tonegen e SEAS. Esses tweeters de cone vintage exibiram resposta de frequência muito plana, baixa distorção, resposta rápida de transiente, uma frequência de baixa ressonância e um suave roll-off de graves, facilitando o design de crossover.
Típico da era dos anos 1960/1970 eram os tweeters cônicos de "anel fenólico" CTS, exibindo resposta plana de 2.000 a 15.000 Hz, baixa distorção e rápida resposta transitória. O tweeter de "anel fenólico" CTS recebe o nome do anel de suspensão de borda laranja que possui e é feito de fenólico. Ele foi usado em muitas marcas e modelos de alto-falantes vintage bem conceituados e era uma unidade de preço médio.
Os tweeters de cone têm uma característica de dispersão mais estreita que é a mesma que um woofer de cone. Muitos designers, portanto, acreditaram que isso os tornava uma boa combinação para médios e woofers de cone, permitindo imagens estéreo excelentes. No entanto, o "ponto ideal" criado pela dispersão estreita de tweeters em cone é pequeno. Alto-falantes com tweeters cônicos ofereciam a melhor imagem estéreo quando posicionados nos cantos da sala, uma prática comum nas décadas de 1950, 1960 e início de 1970.
Durante as décadas de 1970 e 1980, a introdução generalizada de discos audiófilos de alta qualidade e o advento do CD fizeram com que o tweeter em cone perdesse a popularidade porque os tweeters em cone raramente ultrapassavam os 15 kHz. Os audiófilos achavam que os tweeters de cone não tinham a "leveza" dos tweeters de cúpula ou outros tipos. No entanto, muitos tweeters cônicos de última geração permaneceram em produção limitada pela Audax, JBL e SEAS até meados da década de 1980.
Os tweeters em cone raramente são usados no uso de alta fidelidade moderno e são normalmente vistos em aplicações de baixo custo, como alto-falantes de carros de fábrica, sistemas estéreo compactos e caixas de som. Alguns fabricantes de alto-falantes boutique recentemente voltaram a tweeters cônicos de última geração, especialmente recriações de modelos de anel fenólico CTS, para criar um produto com som vintage.
Tweeter dome
Um tweeter de cúpula é construído anexando uma bobina de voz a uma cúpula (feita de tecido, metal fino ou outro material adequado), que é fixada ao ímã ou à placa superior por meio de uma suspensão de baixa elasticidade. Esses tweeters normalmente não têm uma moldura ou cesta, mas uma placa frontal simples conectada ao conjunto magnético. Os tweeters de domo são categorizados pelo diâmetro da bobina de voz e variam de 19 mm (0,75 pol.) A 38 mm (1,5 pol.). A grande maioria dos tweeters de domo atualmente usados em alto-falantes de alta fidelidade tem 25 mm (1 pol.) De diâmetro.
Uma variação é o radiador de anel no qual a 'suspensão' do cone ou cúpula se torna o principal elemento de irradiação. Esses tweeters têm características de diretividade diferentes quando comparados aos tweeters de domo padrão.
Tweeter piezo
Um tweeter piezo (ou piezoelétrico) contém um cristal piezoelétrico acoplado a um diafragma mecânico. Um sinal de áudio é aplicado ao cristal, que responde flexionando-se na proporção da voltagem aplicada nas superfícies do cristal, convertendo assim a energia elétrica em mecânica.
A conversão de pulsos elétricos em vibrações mecânicas e a conversão das vibrações mecânicas de volta em energia elétrica são a base para os testes ultrassônicos. O elemento ativo é o coração do transdutor, pois converte a energia elétrica em energia acústica e vice-versa. O elemento ativo é basicamente um pedaço de material polarizado (isto é, algumas partes da molécula têm carga positiva, enquanto outras partes da molécula têm carga negativa) com eletrodos presos a duas de suas faces opostas. Quando um campo elétrico é aplicado através do material, as moléculas polarizadas se alinham com o campo elétrico, resultando em dipolos induzidos dentro da estrutura molecular ou cristalina do material. Este alinhamento de moléculas fará com que o material mude de dimensão. Este fenômeno é conhecido como eletrostrição . Além disso, um material permanentemente polarizado, como o quartzo (SiO 2 ) ou o titanato de bário (BaTiO 3 ), produzirá um campo elétrico quando o material mudar de dimensão como resultado de uma força mecânica imposta. Este fenômeno é conhecido como efeito piezoelétrico .
Os tweeters Piezo raramente são usados em áudio de ponta por causa de sua baixa fidelidade, embora tenham aparecido em alguns designs de ponta do final dos anos 70, como o Celef PE1, no qual foram utilizados como um super tweeter em combinação com um tweeter de cúpula convencional. Eles são frequentemente usados em brinquedos, campainhas, alarmes, gabinetes de alto-falantes de baixo, computadores baratos ou alto-falantes estéreo e cornetas de PA.
Tweeter de fita
Um tweeter de fita usa um diafragma muito fino (geralmente de alumínio, ou talvez filme plástico metalizado) que suporta uma bobina plana frequentemente feita por deposição de vapor de alumínio, suspensa em um poderoso campo magnético (normalmente fornecido por ímãs de neodímio ) para reproduzir altas frequências. O desenvolvimento dos tweeters de fita seguiu mais ou menos o desenvolvimento dos microfones de fita . A fita é de um material muito leve e, portanto, capaz de alta aceleração e resposta estendida de alta frequência. As fitas têm sido tradicionalmente incapazes de alto rendimento (grandes lacunas magnéticas que levam a um acoplamento magnético deficiente são a principal razão). Mas as versões de alta potência de tweeters de fita estão se tornando comuns em sistemas de matriz de linha de reforço de som em grande escala, que podem atender a um público de milhares. Eles são atraentes nessas aplicações, uma vez que quase todos os tweeters de fita exibem inerentemente propriedades direcionais úteis, com dispersão horizontal muito ampla (cobertura) e dispersão vertical muito estreita. Esses drivers podem ser facilmente empilhados verticalmente, construindo uma matriz de linha de alta frequência que produz altos níveis de pressão sonora muito mais longe dos locais dos alto-falantes do que os tweeters convencionais.
Tweeter planar magnético
Alguns projetistas de alto-falantes usam um tweeter magnético plano, às vezes chamado de quase fita. Os tweeters magnéticos planos são geralmente mais baratos do que os tweeters de fita verdadeiros, mas não são precisamente equivalentes, pois uma fita de folha de metal é mais leve do que o diafragma em um tweeter magnético plano e as estruturas magnéticas são diferentes. Normalmente, é usado um pedaço fino de filme PET ou plástico com um fio de bobina de voz rodando várias vezes verticalmente sobre o material. A estrutura do ímã é mais barata do que os tweeters de fita.
Tweeter eletrostático
Um tweeter eletrostático opera nos mesmos princípios de um alto - falante eletrostático de faixa completa ou um par de fones de ouvido eletrostáticos. Este tipo de alto-falante emprega um diafragma fino (geralmente plástico e tipicamente filme PET ), com um revestimento condutor fino, suspenso entre duas telas ou folhas de metal perfuradas, conhecidas como estatores.
A saída do amplificador de acionamento é aplicada ao primário de um transformador elevador com um secundário com derivação central, e uma voltagem muito alta - várias centenas a vários milhares de volts - é aplicada entre a derivação central do transformador e o diafragma. A eletrostática deste tipo inclui necessariamente uma fonte de alimentação de alta tensão para fornecer a alta tensão usada. Os estatores são conectados aos terminais restantes do transformador. Quando um sinal de áudio é aplicado ao primário do transformador, os estatores são acionados eletricamente 180 graus fora de fase, atraindo e repelindo alternadamente o diafragma.
Uma maneira incomum de acionar um alto-falante eletrostático sem um transformador é conectar as placas de um amplificador de tubo a vácuo push-pull diretamente aos estatores e à alimentação de alta tensão entre o diafragma e o terra.
A eletrostática reduziu a distorção harmônica de ordem par devido ao seu design push-pull. Eles também têm distorção de fase mínima. O design é bastante antigo (as patentes originais datam da década de 1930), mas ocupa um segmento muito pequeno do mercado por causa dos altos custos, baixa eficiência, tamanho grande para designs de gama completa e fragilidade.
Tweeter AMT
O tweeter Air Motion Transformer funciona empurrando o ar para fora perpendicularmente do diafragma pregueado. Seu diafragma são as pregas dobradas de filme (normalmente filme PET) em torno de suportes de alumínio mantidos em um forte campo magnético. Nas últimas décadas, a ESS da Califórnia produziu uma série de alto-falantes híbridos usando tais tweeters, juntamente com woofers convencionais, referindo-se a eles como transdutores Heil em homenagem a seu inventor, Oskar Heil . Eles são capazes de níveis de saída consideráveis e são um pouco mais resistentes do que eletrostáticos ou fitas, mas têm elementos móveis de baixa massa semelhantes.
A maioria dos drivers AMT atuais em uso hoje são semelhantes em eficiência e resposta de frequência aos designs originais de Oskar Heil da década de 1970.
Tweeter de chifre
Um tweeter de corneta é qualquer um dos tweeters acima acoplados a uma estrutura alargada ou de corneta . As buzinas são usadas para duas finalidades - para controlar a dispersão e para acoplar o diafragma do tweeter ao ar para maior eficiência. O tweeter em ambos os casos é geralmente denominado driver de compressão e é bastante diferente dos tipos mais comuns de tweeters (veja acima). Usado corretamente, um chifre melhora a resposta fora do eixo do tweeter, controlando (ou seja, reduzindo) a diretividade do tweeter. Ele também pode melhorar a eficiência do tweeter ao acoplar a impedância acústica relativamente alta do driver à impedância mais baixa do ar. Quanto maior a buzina, mais baixas são as frequências nas quais ela pode funcionar, uma vez que grandes buzinas fornecem acoplamento ao ar em frequências mais baixas. Existem diferentes tipos de chifres, incluindo diretividade radial e constante (CD). Os tweeters de chifre podem ter uma assinatura sônica um tanto "diferente" dos tweeters de cúpula simples. Cornetas mal projetadas, ou cornetas cruzadas incorretamente, têm problemas previsíveis na precisão de sua saída e na carga que apresentam ao amplificador. Talvez preocupados com a imagem de buzinas mal projetadas, alguns fabricantes usam tweeters carregados com buzina, mas evitam usar o termo. Seus eufemismos incluem "abertura elíptica", "Semi-corneta" e "Direcionalidade controlada". Essas são, no entanto, uma forma de carregamento de chifres.
Tweeter de plasma ou íon
Como o gás ionizado é eletricamente carregado e, portanto, pode ser manipulado por um campo elétrico variável, é possível usar uma pequena esfera de plasma como um tweeter. Esses tweeters são chamados de tweeter de "plasma" ou tweeter de "íons". Eles são mais complexos do que outros tweeters (a geração de plasma não é necessária em outros tipos), mas oferecem a vantagem de que a massa móvel é idealmente baixa e, portanto, muito responsiva à entrada do sinal. Esses tipos de tweeters não são capazes de alta saída, nem de reprodução diferente de muito alta frequência e, portanto, são normalmente usados na garganta de uma estrutura de corneta para gerenciar níveis de saída utilizáveis. Uma desvantagem é que o arco de plasma normalmente produz ozônio , um gás venenoso , em pequenas quantidades como subproduto. Por causa disso, os falantes de "magnasfera" Magnat de fabricação alemã foram proibidos de importar para os Estados Unidos na década de 1980.
No passado, o fornecedor dominante era a DuKane, perto de St Louis, nos Estados Unidos, que fabricava o Ionovac; também vendido em uma variante do Reino Unido como o Ionophane. Electro-Voice fez um modelo por um curto período sob licença da DuKane. Esses primeiros modelos eram exigentes e exigiam a substituição regular da célula na qual o plasma era gerado (a unidade DuKane usava uma célula de quartzo usinada com precisão). Como resultado, eram unidades caras em comparação com outros designs. Aqueles que ouviram os Ionovacs relatam que, em um sistema de alto-falantes projetado de maneira sensata, os agudos eram 'arejados' e muito detalhados, embora uma saída alta não fosse possível.
Na década de 1980, o alto- falante Plasmatronics também usava um tweeter de plasma, embora o fabricante não tenha permanecido no mercado por muito tempo e muito poucas dessas unidades complexas foram vendidas.
Veja também
- Caixa de alto-falante
- Crossover de áudio
- Alto-falante full-range
- Super tweeter
- Alto-falante de médio porte
- Woofer
- Subwoofer
- Alto-falante de plasma