Altifalante

Notas teóricas :
Um altifalante é composto por:
  &bull um íman circular (a cinza) que cria um campo magnético radial constante numa zona da sua abertura.
  &bull um solenóide (a vermelho) no mesmo eixo que o íman, alimentado por fios flexíveis
  &bull por uma membrana (a azul) tão rígida e leve quanto possível. O solenóide está ligado a esta membrana.
Esta é fixada na sua períferia por uma ligação elástica a um suporte rígido por vezes designado por "aranha" por causa da sua forma.
O íman está ligado à aranha.
Por uma questão de comodidade, a membrana está representada como sendo plana, quando na realidade as membranas são geralmente cónicas, o que aumenta a sua rigidez.
Funcionamento:
Ao aplicar uma tensão entre os terminais da bobine, esta é percorrida por uma corrente I.
Por construção, cada elemento condutor dL é normal ao eixo do íman. Como o campo magnético é radial, este elemento é submetido a uma força

dF = I . dL . B (Força de Laplace)

paralela ao eixo. Por razões que se prendem com a simetria, a resultante das forças exercidas sobre a bobina é axial.
O conjunto móvel (bobina + membrana) é submetido às seguintes forças:
  &bull o seu peso e a reacção oposta ao peso.
  &bull a força de deslizamento na ligação com a aranha.
  &bull a força de Laplace.
  &bull uma força de atrito praticamente proporcional à velocidade.
Se a bobine é alimentada por uma tensão sinusoidal, a membrana desloca-se como um pistão rígido que conduz o ar e gera uma onda onda sinusoidal.
O altifalante ideal deve ter uma boa resposta à pressão acústica e frequência e o rendimento mais elevado possível. O sistema mecânico equivalente é um sistema oscilante de primeira ordem que deve ser forte o suficiente para ter uma boa resposta.
Para garantir uma resposta correcta em toda a gama do espetro acústico, é necessário associar vários altifalantes com frequências de ressonância muito diferentes a um sistema de filtros para encaminhar o sinal, em função da sua frequência, para o altifalante adequado.
A membrana vibratória cria duas ondas acústicas em oposição de fase: uma primeira onda e a onda reflectida.
Para eliminar a reflexão de onda, coloca-se o altifalante numa caixa forrada com material absorvente que contribui assim para o amortecimento.
É também possível (com o bass-reflex) provocar a mudança de fase da onda reflectida e adicionar à primeira onda antes de a fazer passar por um deflactor na câmara.

O applet :
Deslizando o cursor vermelho com o rato, faz-se variar a amplitude da tensão aplicada sobre a bobina.
O traço verde corresponde a uma espira da bobine.
O fios de alimentação não se encontram representados.

Simulation Numérique de Jean-Jacques ROUSSEAU
Faculté des Sciences exactes et naturelles
Université du Maine - Le Mans
Traduzido e adaptado para a Casa das Ciências por Manuel Silva Pinto e Alexandra Coelho em Outubro de 2010