Quais os tipos de tecnologias existentes em fones de ouvido - Básico sobre fones

Neste capítulo será explorado mais a fundo o assunto e falaremos sobre as diversas tecnologias embarcadas nos drivers dos fones. Existem basicamente quatro diferentes tecnologias de drivers que podem ser aplicadas de forma separada ou conjunta (nesse caso, o fone é chamado de híbrido).

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Quais os tipos de tecnologias existentes em fones de ouvido - Básico sobre fones

Sejam bem vindos a mais um capítulo meu caro leitor! No capítulo passado foi falado sobre os diferentes tipos de fones de ouvido existentes descrevendo cada um deles e dando exemplos de boas marcas como forma de sugestão dando assim um norte para você começar a sua busca.

Neste capítulo iremos explorar mais a fundo o assunto e falaremos sobre as diversas tecnologias embarcadas nos drivers dos fones! (para saber mais sobre a estrutura dos fones clique aqui)

Existem basicamente quatro diferentes tecnologias de drivers que podem ser aplicadas de forma separada ou conjunta (nesse caso, o fone é chamado de híbrido). São elas:

Driver Dinâmico / Dynamic Driver (DD)

O driver dinâmico é o tipo mais comum, mais utilizado nos fones de ouvido seja headphone, in-ear, earbud ou on ear (para saber sobre os tipos de fones, clique aqui).

A maioria dos drivers dinâmicos é composta por imãs circulares, bobinas coladas no diafragma e o diafragma que se movimenta gerando as ondas sonoras.

Imãs e bobina (voice coil)
Imãs e bobina (voice coil) (Foto por/Photo by: innerfidelity.com )

O sistema para isso acontecer geralmente funciona da seguinte forma, a voice coil (bobina) é formada por fios que giram em círculo se apoiando a um suporte, superfície, para ficarem bem justos e não se moverem. A bobina é colada ao diafragma para que ambos se movam juntos. Essa mesma bobina é encaixada em um sulco feito no ímã (composto geralmente de uma liga de neodímio, boro e ferro). Esse ímã é feito em formato de arruela que tem diferentes pólos na parte superior e inferior e possui partes permeáveis para facilitar o fluxo magnético se mover de um lado para o outro.

Diafragma e bobina (voice coil)
Diafragma e bobina (voice coil) (Foto por/Photo by: innerfidelity.com )

A estrutura do voice coil é colada a um diafragma que tem uma estrutura central chamada dome (domo?) e uma estrutura em volta chamada flexure (flexão?). A flexure é feita de um material mais maleável e possui vincos para permitir uma movimentação de toda a estrutura do diafragma melhor e ao mesmo tempo para manter a firmeza do diafragma para ele não arrebentar.

Para fazer o diafragma se mover é necessário gerar um campo magnético. Para fazer isso, o sinal elétrico analógico chega através de fios que formam uma bobina (voice coil) que nada mais é que um fio dando várias voltas em círculo. O campo magnético formado pela bobina entra em contato com o campo magnético do ímã forçando o fio condutor a se mover. Como o voice coil está preso ao diafragma conseqüentemente o mesmo irá se mover gerando ondas de som.

Os drivers dinâmicos geram atrás de si ressonância que se não for atenuada gera distorções no som. Para isso são utilizados orifícios para o ar se movimentar de acordo com o movimento do diafragma e películas porosas para amortecer a ressonância do som.

Orificios para circulação de ar gerada pela movimentação do diafragma
Orificios para circulação de ar gerada pela movimentação do diafragma (Foto por/Photo by: innerfidelity.com )

O tamanho de um driver dinâmico pode variar muito e geralmente varia de 8mm a 15mm para fones in-ear e 20mm a 50mm para headphones. Mas existem exceções como, por exemplo, quando se usa DDs em fones in-ear com mais de um driver podendo chegar a um tamanho de 6mm.

Da esqueda para direita os tamanhos dos drivers dinâmicos são 14.33mm , 9mm e 7mm
Da esqueda para direita os tamanhos dos drivers dinâmicos são 14.33mm , 9mm e 7mm

Fone in-ear Unique Melody 3DD Ti - Possui 3 drivers dinâmicos
Fone in-ear Unique Melody 3DD Ti - Possui 3 drivers dinâmicos

Os DDs geralmente conseguem gerar bons graves, mais "naturais" em comparação com a tecnologia armadura balanceada (BA). Por conta disso, atualmente são muito utilizados em fones in-ear multi-driver híbridos (possui mais de uma tecnologia) especificamente para as freqüências graves.

Fechando, os DDs irão continuar por um bom tempo no mercado por ser uma tecnologia que tem um baixo custo para se ter uma boa qualidade em fones mais baratos proporcionando uma boa qualidade de som com um único driver abrangendo todo o espectro de som. Além disso, os drivers dinâmicos já mostraram ao longo da história que podem ser tão bons quanto as outras tecnologias de fones, o maior exemplo disso é o headphone Sennheiser HD800 e suas variantes (HD800S e HD820).

Driver Armadura balanceada / Balanced armature (BA)

O termo correto que poucos sabem para esse tipo de driver é "balanced armature receiver" (receptor de armadura balanceada). Creio que a maioria tenha passado a chamar de BA para facilitar a pronúncia.

Os drivers armadura balanceada podem parecer algo recente e bem avançado, mas existem desde o ano de 1920 por incrível que pareça (claro que não do mesmo tamanho dos drivers atuais).

Uma grande vantagem da armadura balanceada é a sua capacidade de geração de sons a uma grande velocidade por conta de uma parte móvel instável equilibrada por dois imãs. Essa parte móvel se movimenta muito rapidamente quando estimulada por um sinal elétrico proporcionando assim uma eficiência muito boa. Isso faz com que também as BAs possuam a tendência de gerar muita ressonância e para evitar isso os fabricantes utilizam de diversos métodos para atenuar esse efeito e produzir um som mais limpo, com uma resposta de freqüência melhor.

Driver armadura balanceada aberto - Rente a tampa esta o diafragma (com linhas em azul) e dentro da estrutura os fios condutores
Driver armadura balanceada aberto - Rente a tampa esta o diafragma (com linhas em azul) e dentro da estrutura os fios condutores

Por conta da vantagem da tecnologia de drivers BAs ser muito pequena e produzir o som com mais precisão na grande maioria das vezes se comparado aos drivers dinâmicos, ela é cada vez mais utilizada em fones in-ear, tanto 1 driver quanto vários para dividir o trabalho de reprodução das frequências. Explicarei mais a frente sobre a questão dos multi-drivers de BAs.

Estrutura de um driver armaduran balanceada
Estrutura de um driver armaduran balanceada

Um driver BA funciona da seguinte forma: o sinal elétrico analógico passa por uma bobina (1) que envolve a armadura (2). O sinal faz com que gere fluxo magnético na armadura, que por sua vez faz com que a ponta da armadura seja puxada em direção a um dos pólos dos ímãs permanentes. Como o sinal elétrico sobe e desce, o mesmo acontece com a armadura. Um pino de acionamento (3) no final da armadura transfere o movimento para o diafragma (4). À medida que o diafragma se move para cima e para baixo, ele altera o volume de ar colocado acima do diafragma (5) e produz um som que escapa pelo bocal (6).

O tamanho e espaço interno de uma armadura balanceada alteram substancialmente as capacidades de deslocamento de ar (geração de som) porque quanto maior a estrutura, maior o diafragma. Além disso, alguns receptores BA têm pequenas aberturas na carcaça atrás do diafragma para efetivamente tornar o volume interno maior para deslocar volumes maiores de ar (geração de som com maior impacto).

O que determina o desempenho de uma BA, é a própria BA com sua estrutura basicamente. O volume da BA e a rigidez determinam o som que será produzido. De maneira geral, para otimizar uma BA para graves você combina a rigidez da armadura (prancha móvel) com o volume da estrutura e a rigidez da membrana (diafragma). Geralmente BAs para graves possuem um volume de sua estrutura maior.

Dito isso, vamos para a questão que muitos pensam erroneamente: a utilização de multi-BAs. Para entender melhor essa questão, vamos falar como funciona bem por cima um sistema de multi-driver, que pode formado somente por BAs ou por BAs e outros tipos de drivers. Para se controlar vários drivers ao mesmo tempo, é necessária uma placa de circuito chamada crossover que irá dividir as freqüências que cada driver irá trabalhar.

Crossover ao lado esquerdo (verde), duas armaduras balanceadas (a maior para graves e médios e a menor para agudos), filtros dentro dos tubos de plastico (pequenos cilindros)
Crossover ao lado esquerdo (verde), duas armaduras balanceadas (a maior para graves e médios e a menor para agudos), filtros dentro dos tubos de plastico (pequenos cilindros)

Cada driver de armadura balanceada pode ser tunado de forma diferente e as possibilidades de funcionamento são bem variadas como você deve ter percebido acima quando foi explicado sobre o funcionamento e a estrutura de uma BA. Então por mais que se tenham muitos drivers trabalhando ao mesmo tempo, não é garantido que você terá uma qualidade excelente de som.

Além do desempenho dos próprios drivers, ainda se tem a questão da reverberação na carcaça do fone de ouvido, a questão dos dutos que guiam o som até o nozzle (bocal) do fone e por fim a possível utilização de filtros dentro dos tubos. Dependendo da forma como for aplicado e os materiais utilizados, o desempenho final de um fone pode alterar drasticamente.

Em suma, as armaduras balanceadas atualmente estão sendo amplamente utilizadas, pois ao longo dos anos seu custo caiu drasticamente e ao mesmo tempo sua tecnologia e quantidade de fabricantes cresceram. É uma tecnologia que traz na maioria das vezes uma excelente definição de som aos fones in-ear se bem implementada e continua a surpreender cada vez mais com o que pode ser feito em termos de engenharia para melhorar o seu som.

Driver Planar magnético / Planar magnetic

Existem diversas nomenclaturas para a tecnologia de drivers planar magnética, como ortodinâmicos (orthodynamic) e isodinâmicos (isodynamic), mas o correto mesmo é chamar de planar magnético.

Driver planar magnético - A esqueda os imãs e a direita o diafragma com os fios condutores
Driver planar magnético - A esqueda os imãs e a direita o diafragma com os fios condutores

Você pode imaginar de planares magnéticos como uma mistura da tecnologia dos drivers dinâmicos com a tecnologia dos drivers eletrostáticos. A tecnologia planar magnética utiliza o campo magnético ao redor de um fio condutor para estimular a movimentação do diafragma. Como em um driver eletrostático, o diafragma do driver planar é uma fina camada de filme transparente e flexível , mas ao contrário do eletrostático, o filme possui fios elétricos muito finos e planos passando por ele.

Filme bem fino (diafragma) com cabos finos (prateado) e achatados (fios condutores)
Filme bem fino (diafragma) com cabos finos (prateado) e achatados (fios condutores)

O funcionamento de um driver planar magnético é feito através de vários imãs enfileirados na frente e atrás do diafragma de forma que os fios condutores sejam imersos em um campo magnético com um fluxo muito uniforme. Quando a corrente é passada através dos fios no diafragma, o campo magnético criado pelo fluxo de corrente interage com o campo isodinâmico criado pelos ímãs permanentes (ímãs enfileirados), fazendo com que os fios juntamente com o diafragma, se movam.

Funcionamento do driver planar maginético através de imãs enfileirados
Funcionamento do driver planar maginético através de imãs enfileirados

Exemplos de fabricantes de headphones planar magnéticos:

  • Abyss
  • Audeze
  • Fostex
  • Hifiman
  • Meze Audio
  • Monoprice
  • Speakers
  • OPPO

Não podemos deixar de falar também do aparecimento recente de fones in-ear com a tecnologia que anteriormente era exclusividade dos headphones. A tecnologia avançou tanto que conseguiram miniaturizar os drivers planares para tornar o uso da tecnologia leve e portátil. Exemplos: Audeze iSine 10, AAW Nightingale e Unique Melody ME1.

In-ear Audeze iSine 20
In-ear Audeze iSine 20 (Foto por/Photo by: audiophile-heaven.com )

Enfim, os fones de ouvido com tecnologia planar magnética costumam ter graves excelentes, mas em contrapartida costumam ter um peso elevado em comparação fones de outras tecnologias por conta dos imãs que adicionam um peso considerável ao conjunto. Porém cada vez mais os fabricantes desse tipo de tecnologia estão lançando fones mais leves, então vale à pena conferir.

Driver eletrostático / Electrostatic driver

A tecnologia de drivers eletrostáticos é completamente diferente das outras mencionadas, inclusive na forma como é feita para conseguir fazer o diafragma se mover, pois para isso precisamos de um amplificador (electrostatic amplifiers ou energizers) especificamente para fones de ouvido que possuem essa tecnologia.

Um driver eletrostático não necessita de campo magnético nem imãs e nem partes móveis ligadas ao diafragma, ao invés disso ele utiliza duas placas de metal perfuradas e um filme extremamente fino no meio. Para fazer com que o filme (diafragma) se mova, é aplicada uma alta carga elétrica estática nas placas. Quando as tensões são aplicadas nas placas, a atração e repulsão estática fazem com que todo o diafragma se mova sozinho. O diafragma é tão fino que pesa menos do que o ar em torno dele, e não tem ressonâncias ou armazenamento de energia.

Driver eletrostatico da fabricante Stax
Driver eletrostatico da fabricante Stax

Devido ao modo de funcionamento do driver eletrostático ser dessa forma, consegue-se ter um tempo de resposta extremamente rápido e preciso gerando um som extremamente transparente, correto, detalhado. A única dificuldade da grande maioria dos fones que possuem essa tecnologia é a questão dos graves que costumam não ter muito impacto.

A empresa mais famosa (e antiga) que produz fones com essa tecnologia é a japonesa Stax que foi criou os fones eletrostáticos em 1959.

Estande de fones da Stax em sua fbrica
Estande de fones da Stax em sua fábrica

Exemplos de fabricantes de headphones planar magnéticos:

  • Hifiman
  • Koss
  • Monoprice
  • Sennheiser
  • Sonoma Acoustics
  • Stax

Recentemente tivemos o aparecimento de fones in-ear com a tecnologia que anteriormente era exclusividade dos headphones. A tecnologia avançou tanto que conseguiram miniaturizar os drivers eletrostáticos para uso portátil. Exemplos: Shure KSE1500, STAX SR-003MK2.

Fone in-ear eletrostatico Shure KSE1500
Fone in-ear eletrostatico Shure KSE1500

Na busca pelo melhor desempenho possível em fones de ouvido e também de extrair o máximo da tecnologia eletrostática, a empresa Sennheiser criou o fone eletrostático chamado Sennheiser HE90 (mais conhecido como Orpheus) lançado 1991. Por muito tempo o Orpheus foi considerado o melhor do mundo (alguns dividem opiniões falando que preferem o eletrostático Stax SR-009) até a própria Sennheiser lançar o seu sucessor em 2017, o Sennheiser HE-1.

Sennheiser HE90 (Foto tirada por Leonardo Drummond)
Sennheiser HE90 (Foto tirada por Leonardo Drummond)

Em 2018 a concorrente Stax chegou a lançar uma atualização do Stax SR-009 (lançado em 2011), o Stax SR-009S que corrige alguns problemas de resposta de freqüência mostrando que não está parada no tempo.

Fone Stax SR-009S e seu amplificador eletrostatico (energizer)
Fone Stax SR-009S e seu amplificador eletrostatico (energizer)

Outra fabricante que surgiu e foi para competir exatamente com o Sennheiser Orpheus, foi a Hifiman, com o seu HiFiMan Shangri-La lançado no ano de 2016 custando praticamente o mesmo valor do Sennheiser HE-1.

Hifiman Shangri-la
Hifiman Shangri-la

Por último, a tecnologia de fones eletrostáticos mostra que é o ápice do que se pode chegar em desempenho sonoro no meio dos fones de ouvido, porém o seu alto custo e a questão da dependência de um amplificador específico para esse tipo de fone acaba dificultando muito a sua disseminação entre os usuários de fones.

Extra: Tweeter eletrostático

Baseado na tecnologia de drivers eletrostáticos, foram desenvolvidos drivers parecidos com armaduras balanceadas, mas com tecnologia eletrostática! Eles estão sendo utilizados especificamente para uma reprodução de agudos com maior definição que as BAs.

Driver eletrostatico para agudos feito para fones in-ear
Driver eletrostatico para agudos feito para fones in-ear

Esse artigo é feito em parceria com o Grupo Fones de Ouvido High-End:

Leia também: Os melhores headphones para jogos. Acompanhe as últimas notícias de tecnologia aqui no Oficina da Net. Sempre trazendo conteúdos novos e produtos interessantes.

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Comentários:
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    Lucas Sant'Ana Borges    •    7 meses

    Cada vez mais auto-explicativo os textos. Excelente escrita no artigo. Parabéns mais uma vez.

  • Minha foto
    Vitor Valeri    •    6 meses

    Obrigado Lucas! Espero que esteja gostando dos artigos. ^^