Com diafragma
O sinal elétrico de entrada atua sobre a bobina móvel, o que cria um campo magnético que varia de acordo com o referido sinal. Este fluxo magnético interage com um segundo fluxo magnético contínuo normalmente gerado por um ímã permanente "Ímã (física)") que faz parte do corpo do alto-falante, produzindo uma atração ou repulsão magnética que desloca a bobina móvel, e com ela o diafragma preso a ela. Quando o diafragma vibra, ele movimenta o ar localizado à sua frente, gerando nele variações de pressão ou vibrações, ou seja, ondas sonoras.
A sua comercialização começou em 1925. Desde então, e passadas mais de 9 décadas, continua a ser o mais utilizado. Além de ser o orador mais comum, também é barato (provavelmente uma relação de causa e efeito).
Este design é o original do primeiro alto-falante, que remonta aos primeiros telefones. Ele usa uma bobina estática que faz vibrar uma peça de metal magnetizada (chamada ferro ou armadura). O ferro está preso ao diafragma ou é o próprio diafragma. Alto-falantes de ferro móvel são ineficientes e reproduzem uma banda limitada de frequências. Eles precisam de grandes ímãs e bobinas para aumentar a força,[50] em comparação com a bobina de voz.
Uma variação chamada treliça balanceada usa uma treliça que se move como uma gangorra. Como não são amortecidos, são altamente eficientes, mas também produzem fortes ressonâncias. Atualmente eles ainda são usados para fones de ouvido, onde o tamanho pequeno e a alta eficiência são importantes.[51].
Nestes alto-falantes, o motor é um material piezoelétrico que, ao receber uma diferença de tensão entre suas superfícies metalizadas, sofre alongamento e compressão. Se um diafragma for fixado em uma de suas faces, ele sofrerá deslocamentos capazes de produzir uma pressão irradiada em frequência audível. É não linear, tem baixo desempenho e seu uso é limitado a altas frequências.
Alto-falantes piezoelétricos são freqüentemente usados como campainhas em relógios e outros dispositivos eletrônicos e às vezes são usados como tweeters em sistemas baratos, como computadores e rádios portáteis. Os alto-falantes piezoelétricos têm várias vantagens sobre os alto-falantes convencionais: resistem a sobrecargas que destruiriam outros alto-falantes de alta frequência, podem ser usados sem filtro cruzado devido às suas propriedades elétricas. Eles também têm desvantagens: alguns amplificadores podem oscilar com uma carga capacitiva, como um alto-falante piezoelétrico, causando distorção e/ou danos ao amplificador. Além disso, a sua resposta de frequência é, na maioria dos casos, inferior à de outras tecnologias. Portanto seu uso é limitado a aplicações não críticas ou como buzzer (frequência única).
Os alto-falantes piezoelétricos têm uma resposta estendida a altas frequências, o que é muito útil em aplicações específicas, como sonares, onde variantes piezoelétricas são usadas tanto como dispositivos de saída (para gerar som subaquático) quanto como dispositivos de entrada (atuando como sensores para microfones subaquáticos). Além disso, apresentam outras vantagens nessas aplicações, sua construção simples e robusta, resiste melhor à água do mar que uma fita ou membrana.
Em 2013, a Kyocera introduziu um alto-falante piezoelétrico ultrafino com profundidade de apenas 1 mm para suas televisões OLED de 55”, proporcionando melhor clareza do que um alto-falante de TV convencional.[52].
Em vez de uma bobina acionando um diafragma, um alto-falante magnetostático usa um arranjo de tiras de metal presas a uma membrana grande, fina e plana. O sinal de corrente que passa pelas tiras interage com o campo magnético dos ímãs permanentes montados atrás delas. A força produzida move a membrana e consequentemente o ar à sua frente. Geralmente esses projetos têm uma eficiência menor do que os alto-falantes dinâmicos.
Baseiam-se na propriedade de magnetostrição, têm sido utilizados principalmente em aplicações de sonar, radiadores de som ultrassônicos, mas seu uso também foi estendido a sistemas de áudio. Os alto-falantes magnetoelásticos têm propriedades vantajosas específicas: podem fornecer uma força de maior magnitude com uma excursão menor do que outras tecnologias, as pequenas excursões evitam distorções, a bobina magnetizadora permanece estática e, portanto, é mais fácil de resfriar, são robustos, pois não requerem suspensões delicadas. Fostex produz transdutores magnetoelásticos[53][54][55] e FeONIC")[56][57][58][59] Transdutores para subwoofers também foram fabricados.[60].
Esses alto-falantes possuem uma estrutura capacitor, com uma placa fixa e uma placa móvel (o diafragma), entre as quais é armazenada a energia elétrica fornecida por uma fonte de tensão direta. Quando a energia armazenada entre as placas aumenta, uma força elétrica de atração ou repulsão é produzida entre elas, fazendo com que a placa móvel se mova, criando uma pressão útil. Eles têm um custo maior que os dinâmicos.
Eles usam um campo elétrico de alta tensão (em vez de um campo magnético) para acionar uma membrana fina e carregada eletrostaticamente. Sendo acionados por toda a superfície da membrana, em vez de por uma pequena bobina, eles normalmente proporcionam um movimento mais linear com menos distorção do que os alto-falantes dinâmicos. Eles têm um diagrama de dispersão relativamente estreito, que cria um posicionamento preciso do campo sonoro. No entanto, a área de audição ideal é pequena e não são muito eficientes. A principal desvantagem é que devido a limitações práticas de construção, a excursão da membrana é limitada. Quanto mais distantes estiverem as grades do estator, maior deverá ser a tensão de trabalho para ter eficiência aceitável, o que aumenta a tendência de produção de arcos elétricos e a atração de poeira. O arco voltaico é um problema potencial com as tecnologias atuais, especialmente quando poeira é depositada ou usada com sinais de alto nível.
Os alto-falantes eletrostáticos são inerentemente radiadores dipolo e, devido à sua membrana fina e flexível, não são adequados para o uso de defletores que reduzem o cancelamento de baixa frequência. Por causa disso e de sua excursão limitada, os alto-falantes eletrostáticos de faixa completa são grandes por natureza, com a frequência de corte correspondendo a um quarto do comprimento de onda da menor dimensão do painel. Para reduzir o tamanho dos produtos comerciais, às vezes é usado um alto-falante eletrostático de alta frequência combinado com um alto-falante dinâmico convencional que lida com as baixas frequências com eficiência.
Normalmente, os alto-falantes eletrostáticos são alimentados por um transformador elevador, que multiplica a tensão produzida pelo amplificador. Este transformador também multiplica a carga capacitiva inerente aos alto-falantes eletrostáticos, o que faz com que a impedância efetiva apresentada ao amplificador varie significativamente em frequência. Um alto-falante com carga nominal de oito ohms tem carga de um ohm em alta frequência, o que pode ser problemático para alguns amplificadores.
Consiste em uma fina película metálica suspensa em um campo magnético. Quando uma corrente elétrica é aplicada a ele, ele se move e produz som. A vantagem é que a fita tem pouquíssima massa, podendo acelerar rapidamente, obtendo uma resposta muito boa em altas frequências. Geralmente são bastante frágeis, uma forte rajada de ar pode quebrá-los. Eles emitem som com diagrama dipolo, embora às vezes tenham defletores que limitam a radiação traseira. Os designs de fita requerem ímãs muito poderosos, tornando sua fabricação cara. Eles têm uma resistência muito baixa que muitos amplificadores não conseguem controlar diretamente, então um transformador abaixador é usado para aumentar a corrente que flui através da fita. O transformador deve ser cuidadosamente projetado para que sua resposta em frequência e perdas parasitas não degradem o som, aumentando custos e complicações em comparação aos projetos convencionais.
O alto-falante magnético planar tem a bobina impressa em um diafragma plano, a corrente que passa por ele interage com o campo magnético criado pelos ímãs cuidadosamente colocados em ambos os lados da membrana, fazendo-a vibrar de maneira mais ou menos uniforme, sem entortar ou vincar. Ao distribuir a força sobre uma grande parte da superfície, os problemas de ressonância inerentes aos alto-falantes de bobina móvel com diafragma plano são reduzidos.
Oskar Heil inventou o alto-falante AMT na década de 1960.[61] Um diafragma dobrado é montado em um campo magnético e abre e fecha de acordo com o sinal sonoro. O ar sai por entre as folhas acompanhando o sinal, gerando som. Esses alto-falantes são menos frágeis que os alto-falantes de fita e consideravelmente mais eficientes (obtemos um nível de potência sonora mais alto) do que os designs de fita, eletrostáticos ou magnéticos planares. A ESS, um fabricante californiano, licenciou o design e contratou a Heil, produzindo uma variedade de alto-falantes usando seus tweeters nas décadas de 1970 e 1980.
Os alto-falantes de ondas curvas usam um diafragma intencionalmente flexível. A rigidez do material aumenta do centro para fora. As ondas curtas irradiam principalmente da parte interna, enquanto as ondas mais longas atingem a borda externa da membrana. Para evitar reflexos de volta ao centro, as ondas são absorvidas por um amortecedor na borda externa. Esses alto-falantes podem cobrir uma banda de frequência muito ampla (80 Hz - 35.000 Hz) e foram promovidos como uma boa aproximação de uma fonte sonora pontual.[62] Esta solução não convencional é usada por poucos fabricantes, em diferentes configurações.
Os alto-falantes Ohm Walsh usam um transdutor exclusivo projetado por Lincoln Walsh ", que foi engenheiro de desenvolvimento de radar durante a Segunda Guerra Mundial. Ele se interessou pelo design de equipamentos de áudio e seu último projeto foi um sistema de alto-falante unidirecional exclusivo com um único transdutor. O cone (membrana) fica voltado para baixo em uma caixa fechada. Em vez de entrar e sair, como fazem os transdutores convencionais, ele acenou criando um som semelhante a uma linha de transmissão de radiofrequência, criando um campo sonoro. cilíndrico. Walsh morreu antes lançando comercialmente seus alto-falantes A marca Ohm Acoustics produziu vários modelos de alto-falantes com esse design desde então. A marca alemã German Physiks também produz alto-falantes com essa abordagem.
A marca alemã Manger projetou e produziu um alto-falante de ondas curvas, que à primeira vista parece convencional. Na verdade, a membrana redonda presa à bobina de voz dobra-se de maneira controlada para obter um som de gama completa.[63] Josef W. Manger foi premiado com a Medalha Diesel por desenvolvimentos e invenções extraordinários pelo Instituto Alemão de Invenções.
Em 2013, uma equipe de pesquisa apresentou um alto-falante de condução iônica transparente onde duas camadas de gel condutor transparente com uma camada de borracha transparente entre elas, utilizando altas tensões, permitem que os sons sejam reproduzidos com boa qualidade. Tem aplicações em robótica e computadores portáteis.[64].
Sem diafragma
Alto-falantes de plasma usam plasma "Plasma (estado da matéria)") como elemento radiante. Como o plasma tem muito pouca massa e é eletricamente carregado, pode ser manipulado com um campo elétrico, o resultado é uma resposta linear até frequências bem acima da faixa audível. Problemas de confiabilidade e manutenção o tornam inadequado para uso em produtos de consumo. Em 1978, Alan E. Hill, do Laboratório de Armas da Força Aérea dos EUA em Albuquerque (NM), projetou o tweeter Plasmatronics Hill tipo I com um gerador de plasma de hélio,[65] isso evitou o ozônio e o óxido nitroso[65] gerados pela decomposição de radiofrequência do ar de modelos anteriores de tweeters de plasma, como o pioneiro Ionovac da Dukane Corporation. durante a década de 1950.[66] Atualmente alguns fabricantes alemães usam esse design.[67].
Uma variação mais econômica deste princípio é usar uma chama como transdutor, uma vez que as chamas contêm gases ionizados (carregados eletricamente).[68].
Em 2008, pesquisadores da Universidade de Tsinghua apresentaram um alto-falante termoacústico de película fina de nanotubos de carbono, cujo mecanismo operacional é um efeito termoacústico. Correntes elétricas em frequências de áudio são usadas para aquecer os nanotubos e o resultado é a geração de som no ar circundante. Este alto-falante é transparente, elástico e flexível.
Em 2013, pesquisadores da Universidade de Tsinghua expandiram o projeto com um fone de ouvido, introduzindo um alto-falante com fio de nanotubo de carbono em um dispositivo termoacústico montado em superfície,[70] que são dispositivos integrados compatíveis com a tecnologia de semicondutores de silício.
Um woofer rotativo é basicamente um ventilador com pás de passo variável. A afinação é controlada pelo sinal de áudio, o que permite modular a quantidade de ar deslocado e criar ondas de pressão sonora. Eles permitem a reprodução eficiente de frequências de infra-som que são difíceis ou impossíveis de reproduzir com um alto-falante de diafragma convencional. Eles são usados em salas de cinema para criar efeitos sonoros profundos, como explosões.[71][72].