O mundo em que vivemos está ligado ao som. A não ser que viva no cimo de uma montanha (sorte a sua), é muito provável que experimente o som proveniente de uma série de altifalantes diferentes durante o seu dia.

Telemóveis. Televisões. Elevadores. O altifalante Bluetooth no metro a emitir merdas que não queremos ouvir.

E talvez o mais importante para nós, músicos, é que as colunas nos permitem ouvir o nosso trabalho com um detalhe impecável.

Mas como é que as colunas funcionam exatamente? Mesmo que não tenha curiosidade em saber como é feita a salsicha sonora, é uma boa ideia ter um conhecimento básico da tecnologia das colunas se estiver a planear passar a sua vida num estúdio.

Noções básicas de som

Antes de olharmos para os altifalantes, vamos fazer uma breve revisão sobre o funcionamento do som.

O som é essencialmente energia mecânica sob a forma de ondas que se movem através de um meio - seja ele ar, líquido ou sólido.

Este movimento provoca alterações localizadas na pressão de acordo com a forma da onda, tal como as ondulações criadas quando se deixa cair um seixo (ou o telemóvel) na água.

Na imagem abaixo vê-se uma onda sinusoidal de 1kHz. Vê como há um aumento, seguido de uma diminuição, no nível de pressão sonora em relação à pressão ambiente? Isso é som em movimento.

Dentro dos nossos ouvidos, milhares de pequenas células ciliadas respondem a estas alterações de pressão, convertendo-as num sinal elétrico que o nosso cérebro pode interpretar como Nickelback. Ou o que quer que seja.

Um sinal de áudio analógico é o som sob a forma de energia eléctrica, representado como uma onda de tensão. Aqui está a mesma onda sonora representada como um sinal elétrico:

O áudio digital é uma representação de um sinal analógico armazenado em formato binário.

Um sinal de áudio, quer seja analógico ou digital, precisa de ser convertido numa onda sonora (energia mecânica) para que os nossos ouvidos lhe dêem sentido.

Introduzir o altifalante.

Como funcionam os altifalantes: O básico

Antes de entrarmos nos pormenores dos componentes dos altifalantes e do seu funcionamento, vamos ter uma visão geral rápida do que um altifalante faz para recriar o som.

Um sinal de áudio amplificado é enviado para uma bobina metálica de fio. Esta bobina reage à corrente eléctrica que passa por ela, interagindo com um íman no interior do altifalante e fazendo vibrar um diafragma.

O diafragma move o ar, criando ondas sonoras que são uma cópia exacta do sinal de áudio original. Et voila! Pode ouvir a sua mãe a falar consigo do outro lado do país.

Obviamente, isto é uma simplificação excessiva. Mas agora que já conhecemos a versão resumida da forma como os oradores fazem o seu trabalho, vamos analisar as coisas em pormenor.

O que está dentro de um altifalante?

Vejamos todas as peças do altifalante que criam a magia...

O controlador do altifalante

O controlador do altifalante é responsável pela conversão do sinal elétrico em ondas sonoras. É o motor que alimenta a reprodução do som do altifalante.

De dentro para fora, os componentes que constituem um altifalante são:

• Pólo
• Placa traseira
• Íman
• Placa superior
• Bobina de voz
• Cesto
• Aranha
• Cone e envolvente
• Tampa de pó

Poste, traseira e placa superior

A peça do pólo de um altifalante é como a batuta de um maestro, mantendo a orquestra de som que flui através do altifalante em sincronia. É o eixo central em torno do qual se baseia todo o sistema magnético.

A placa traseira fica atrás do poste e, não surpreendentemente, a placa superior fica por cima.

Íman

O íman permanente está rodeado pelo pólo e pelas placas para concentrar o seu campo magnético e está ligado ao cesto do altifalante.

É referido como um íman permanente porque é sempre um íman.

A bobina de voz, por outro lado, só se torna um íman (ou, para ser mais preciso, um eletroíman) quando é alimentada com uma corrente eléctrica.

Bobina de voz

A bobina de voz é um fio firmemente enrolado à volta de um cilindro minúsculo, por vezes chamado bobina. É parecido com um ioiô.

Quando um sinal elétrico passa pela bobina, esta transforma-se num eletroíman, interagindo com o íman permanente.

Se te lembrares das tuas aulas de ciências, recordarás que as forças semelhantes se repelem e as opostas se atraem. Esta interação de forças magnéticas cria o movimento que empurra a bobina e, por fim, cria ondas sonoras.

Aranha e arredores

A aranha é uma peça de material ondulado que suporta a bobina de voz. Ela mantém a bobina no lugar, permitindo que ela se mova para frente e para trás livremente.

Embora isto pareça uma contradição, não é. O papel principal da aranha é permitir que a bobina de voz se mova apenas numa direção, nomeadamente para cima e para baixo. Sem a aranha, a bobina de voz estaria a andar de um lado para o outro dentro da caixa do altifalante.

A borda desempenha uma função semelhante à da aranha, exceto que mantém o cone no lugar no topo do cesto.

O cone

Também conhecido como diafragma, o cone do altifalante é uma das poucas partes que se pode ver num altifalante.

O cone move-se para a frente e para trás em resposta aos impulsos magnéticos da bobina de voz. O movimento do cone cria ondas de pressão no ar que o rodeia, criando os sons que ouve.

Tampa de pó

Este pequenino impede que qualquer pó ou partículas de sujidade entrem no conjunto do altifalante e estraguem tudo.

Cesto

É apenas um termo elegante para a caixa que mantém todas as partes do altifalante juntas. De facto, parece-se um pouco com um cesto.

Portanto, isto é tudo o que compõe um falante atual. Mas na linguagem quotidiana, quando falamos de falantes, referimo-nos a todo o conjunto.

Então, o que mais é necessário para que os altifalantes funcionem?

Componentes eléctricos

Para fazer com que a bobina de voz bombeie com o seu doce, é necessário enviar-lhe um sinal elétrico. Isto é feito com terminais de altifalante e um fio entrançado.

Os terminais são abas metálicas ou portas de ligação que ligam um cabo de áudio ao altifalante.

Ligado a estes terminais está o fio entrançado que está ligado à bobina de voz, dando-lhe o combustível de que necessita.

Habitação

Para funcionar corretamente, um altifalante necessita de uma caixa, muitas vezes designada por armário, por várias razões.

Em primeiro lugar, proporciona um ambiente selado para proteger os vários elementos que compõem o controlador de coisas como pó, sujidade e pelo de cão.

Em segundo lugar, atenua o cancelamento de fase. Quando o diafragma de um altifalante se move, cria ondas sonoras em ambas as direcções. Sem a caixa, estas ondas anular-se-iam mutuamente.

Por último, a caixa influencia a forma como o som é distribuído. O som pode ser direcionado para uma direção específica e as baixas frequências podem ser sintonizadas adequadamente.

O invólucro da caixa é feito de um material espesso que não é muito flexível. A madeira ou o MDF de média densidade são comuns, embora também se utilize plástico.

Amplificação

Tudo isto é muito bonito, mas um altifalante, por si só, não vai emitir nada de útil.

Embora os altifalantes existam em várias formas e tamanhos, todos partilham o mesmo requisito: um sinal de áudio mais forte do que o sinal de nível de linha enviado pelos dispositivos de reprodução, como um televisor ou uma interface de áudio.

É utilizado um amplificador de potência para aumentar o sinal do nível de linha para o nível de altifalante. Dependendo dos seus altifalantes, pode ser uma unidade externa ou integrada na própria caixa do altifalante.

Altifalantes activos

Os altifalantes activos têm um amplificador incorporado Os Yamaha HS5 são altifalantes activos populares para monitorização de estúdio.

Altifalantes passivos

Os altifalantes passivos requerem um amplificador de potência externo para gerar ondas sonoras a partir do sinal de áudio.

O JBL PRX412 é um exemplo robusto de um altifalante passivo que necessita de um amplificador de potência externo para lhe dar suficiente potência sonora.

Como é que os altifalantes produzem frequências diferentes?

Até agora, vimos como os altifalantes transformam a energia eléctrica (um sinal) em ondas de pressão no ar e, consequentemente, em som.

Mas nem todas as frequências são iguais, e um único altifalante que tente cobrir todas as bases (perdoem o trocadilho) será, de facto, um mau altifalante.

É por isso que se vêem pilhas enormes de altifalantes nos concertos. Alguns cobrem as frequências graves (os subwoofers e os woofers), outros a gama média e os pequenos tweeters tratam de todas as gamas de alta frequência.

Estes altifalantes são todos construídos de forma diferente, para lidar com as diferentes frequências que procuram.

Mas nem toda a gente quer uma pilha gigante de altifalantes no seu estúdio (ou sala de estar), para não falar da confusão de amplificadores de potência e crossovers.

Entra o altifalante multi-driver.

Altifalantes com vários condutores

Os altifalantes com vários controladores utilizam 2, 3 ou mesmo 4 controladores de tamanhos diferentes para lidar com frequências diferentes. O mais comum é o altifalante com dois controladores, por vezes designado por altifalante de 2 vias.

No interior de uma caixa de altifalante de 2 vias existe um crossover que envia todas as frequências altas para o tweeter e as frequências médias e baixas para o woofer, através de um filtro passa-alto e passa-baixo.

Utilizar um crossover desta forma significa que o altifalante produz uma gama completa de saída de frequência, mantendo uma qualidade de som que um único controlador não conseguiria alcançar.

Se estiver a fazer música no seu estúdio em casa, é provável que utilize um altifalante de 2 vias para monitorização, como o Yamaha HS5 mencionado acima, ou o KRK Rokit 5 G4, na imagem abaixo.

As colunas de dois condutores são óptimas para gravar e misturar no seu próprio estúdio. Mas quando se trata de masterização (quer utilize um serviço online como o eMastered, quer o entregue a uma pessoa), vai querer um pouco mais de detalhe, pelo que as colunas de 3 ou 4 vias serão mais adequadas.

O mesmo se aplica aos estúdios de gravação comerciais. Podem utilizar um par de altifalantes de monitorização amplificados para gravação e monitorização, mas quando chega a altura de misturar, ligam os "bad boys".

O que é a impedância do altifalante?

A impedância do altifalante é essencialmente uma forma de medir a resistência total do fluxo de corrente eléctrica no altifalante.

Medida em ohms, a impedância provém tanto da resistência do fio da bobina de voz como da indutância causada pelo enrolamento desse fio numa bobina. A indutância é diferente da resistência porque muda com a frequência - chamada reactância indutiva.

Devido a esta variável, a impedância é diferente da resistência "normal" e é calculada através de uma fórmula complicada que os músicos nunca deveriam ter de compreender.

Em vez disso, saiba que é importante fazer corresponder a impedância dos altifalantes e do amplificador. Uma impedância incompatível pode resultar numa qualidade de áudio reduzida, sobreaquecimento e, em casos extremos, danos no equipamento.

Lembrem-se crianças, emparelhem sempre as colunas com amplificadores compatíveis.

Potência do altifalante versus sensibilidade do altifalante

Maior é igual a melhor, certo?

Nem sempre. A maioria das pessoas, quando comparam colunas, atribuem uma potência mais elevada (em watts) a um volume mais elevado. Mas, na prática, será que vai conseguir utilizar plenamente essa potência?

Uma melhor forma de comparar colunas é olhar para a sensibilidade da coluna. Esta é medida em decibéis e quantifica a eficácia com que um altifalante converte energia eléctrica em som.

Uma classificação de sensibilidade mais elevada significa que um altifalante pode produzir mais som para uma determinada quantidade de potência. Por outras palavras, é mais eficiente na conversão de eletricidade em ondas sonoras.

A medição da sensibilidade dos altifalantes nivela o campo de jogo quando se trata de comparar a eficiência e a saída dos altifalantes.

No entanto, continua a ser importante ter em consideração a capacidade de um altifalante para lidar com a potência se estiver a utilizar um amplificador externo. A medida representa a quantidade de energia eléctrica que a coluna pode suportar sem ficar danificada, por isso é importante certificar-se de que o amplificador tem uma potência de saída igual à da coluna.

A escolha de colunas de alta ou baixa sensibilidade depende dos requisitos da sua configuração. Se a eficiência energética for importante (por exemplo, em altifalantes portáteis ou sistemas estéreo para automóveis), é melhor optar por uma sensibilidade elevada, ao passo que numa instalação de áudio profissional pode querer altifalantes com uma capacidade de potência mais elevada

Resposta de frequência

Quando falamos da resposta de frequência de um altifalante, estamos a falar da sua capacidade de reproduzir o som numa gama de frequências.

Nenhum altifalante é perfeito, pelo que um gráfico de resposta em frequência ajuda-nos a ver onde pode haver picos ou depressões nas frequências em que o altifalante acentua ou não o seu desempenho.

Existem algumas razões pelas quais a resposta de frequência de um determinado altifalante, ou altifalantes, é importante.

Em primeiro lugar, ajuda a conceber um sistema com várias colunas e a definir os crossovers.

Em segundo lugar, ajuda a escolher os melhores altifalantes para o trabalho de áudio específico que tem em mente.

Embora muitos altifalantes de nível de consumidor tenham um ligeiro "sorriso" na sua resposta de frequência para adoçar o áudio, como produtor musical quer um par de altifalantes com uma resposta de frequência plana.

Desta forma, nenhum instrumento ou amostra será mascarado por uma queda nas frequências produzidas, ou soará mais alto do que realmente é devido a um pico no gráfico.

Essencialmente, uma resposta de frequência plana nas colunas garante que tudo o que ouve é o mais próximo possível do real.

E os auscultadores?

Os aus cultadores utilizam a mesma tecnologia de driver de altifalante que os altifalantes. Na realidade, são pequenos altifalantes que se colocam sobre (ou dentro) dos ouvidos.

Como funcionam os altifalantes estéreo?

Um único altifalante (geralmente) transmite o som em mono. Para obter um campo sonoro estéreo, são necessários dois altifalantes mono que alimentam o sinal de áudio esquerdo e direito, respetivamente, colocados de forma adequada.

Mas já alguma vez olhou para uma barra de som e se perguntou como é criado o campo estéreo?

As unidades de altifalante único concebidas para produzir uma imagem estéreo têm vários controladores posicionados ao longo da unidade.

O sinal estéreo é dividido em canais esquerdo e direito e é enviado em quantidades variáveis para cada controlador para obter uma imagem estéreo completa.

Colunas como estas tendem a vir com um altifalante adicional - um subwoofer - para lidar com as baixas frequências e a voz do Batman.

Quem inventou o altifalante?

Tal como acontece com muitas invenções na viragem do século XX, é difícil identificar exatamente quem inventou o altifalante. Surgiu ao longo do tempo, à medida que os cientistas e inventores começaram a compreender melhor as ondas sonoras e a corrente eléctrica.

Alexander Graham Bell (o famoso inventor do telefone) deu contributos significativos para as tecnologias relacionadas com o som, incluindo o desenvolvimento de uma versão inicial do altifalante no final do século XIX.

Logo no final desse século, Oliver Lodge criou o primeiro altifalante de bobina móvel. Depois, em 1915, o engenheiro dinamarquês Peter L. Jensen e Edward Pridham receberam uma patente pela sua invenção de um design de altifalante eletrodinâmico utilizando uma bobina de fio ligada a um diafragma colocado num campo magnético.

Do outro lado do oceano, em 1925, Edward W. Kellogg e Chester W. Rice conceberam um altifalante dinâmico com um cone que acabou por ser licenciado à RCA. Este projeto incluía muitos aspectos que são considerados a base da moderna tecnologia de altifalantes.

É preciso uma aldeia e tudo isso. Basta dizer que muitas cabeças de cone dedicaram incontáveis horas de trabalho para garantir que você possa curtir os shows do Nickelback com total fidelidade hoje.

O futuro dos altifalantes

A tecnologia está cada vez mais pequena e mais barata. Todos nós sabemos isso. Mas quando se trata de altifalantes, os princípios básicos por detrás da tecnologia não mudaram muito desde que foram inventados.

De facto, os altifalantes são uma das tecnologias mais ineficientes que utilizamos atualmente. Mais de 99% da energia que entra no altifalante gera algo diferente de som. A maior parte é transformada em calor.

É um pouco surpreendente que a EPA não tenha proibido a utilização de altifalantes devido ao seu fraco desempenho energético.

Mas graças a um novo material descoberto em 2004, os altifalantes do futuro poderão ser diferentes.

O grafeno é um material extremamente leve, o que significa que precisa de muito menos energia para se mover para a frente e para trás e criar uma onda de pressão. Excelentes notícias se fores um tweeter.

Se os cientistas conseguirem descobrir como implementar com êxito a produção de grafeno em grande escala e integrá-lo em aplicações comerciais, os altifalantes do futuro poderão ser mais leves e muito mais eficientes em termos energéticos.

Até esse dia, estamos presos a mini-aquecedores que criam alterações na pressão do ar devido a sinais eléctricos, ou seja, o altifalante.

Agora, vão em frente e ouçam a música!