Fones de ouvido: tecnologias e ergonomias

Esta coluna visa trazer tudo de bom para os seus ouvidos: informações técnicas e históricas, dicas práticas para orientar a escolha do fone ideal, para manter a sua saúde auditiva, testes de produtos, links para downloads de gravações, e muito mais.

Por Alexandre Algranti *Os fones de ouvido estão na vanguarda das ciências ergonômicas, cognitivas, fisiológicas e de materiais, que aplicadas em conjunto visam criar uma sensação/ilusão de realismo na reprodução sonora. Mas o fone de ouvido não teria aplicações além da proteção auricular ou mesmo como um acessório de moda se não fosse pela invenção do microfone, a sua imagem especular.

Enquanto o microfone transforma a energia acústica gerada por uma fonte sonora em energia elétrica – a gênese do áudio propriamente dito – os fones de ouvido transformam essa mesma energia elétrica em energia acústica.

Em ambos os casos, tal transformação deve ser a mais eficiente e a mais eficaz possível, gerando o máximo de sinal elétrico ou acústico possível a partir de um mínimo de energia e preservando as relações de amplitude e tempo entre as diversas frequências que compõem os sons originais.

Os fones de ouvido podem ser classificados basicamente pela tecnologia empregada na construção dos seus falantes e pela ergonomia das cavidades que os contêm, cuja combinação determina a sua aplicação principal.

Tecnologias de construção dos falantes

Das tecnologias empregadas atualmente para construir os falantes, pode-se destacar o fone de ouvido eletrodinâmico, o fone de ouvido eletroestático e o fone de ouvido planar-magnético.

Fone eletrodinâmico

Imagem: Cysne Sound Engineering

O fone eletrodinâmico está baseado nos fenômenos de atração e repulsão entre os polos dos imãs e sua interação com os campos magnéticos gerados por correntes elétricas. Nesse arranjo, um imã permanente é envolto por uma bobina, que por sua vez está colada a um filme muito fino de plástico chamado diafragma. O sinal elétrico de áudio conduzido pela bobina gera um campo magnético variável que atrai e repele o conjunto bobina + diafragma e faz vibrar as moléculas de ar.

A fonte de energia do fone eletrodinâmico está no campo magnético gerado pelo imã permanente, cuja intensidade se chama “densidade de fluxo magnético” e é medida em Tesla, unidade do Sistema Internacional que homenageia Nikola Tesla (1856-1943), o Santo Padroeiro da Eletricidade. O fone eletrodinâmico é geralmente mais resistente ao uso e abuso, mais leve e pode ser encontrado em virtualmente todas as faixas de preço e desempenho. A sua resposta a transientes depende do peso do conjunto bobina + diafragma.

Fone de ouvido planar-magnético

Imagem: Cysne Sound Engineering

O fone de ouvido planar-magnético está baseado nos fenômenos de atração e repulsão entre os polos dos imãs e sua interação com os campos magnéticos gerados por correntes elétricas. Nesse arranjo, uma superfície interna composta de um filme muito fino de plástico e uma fita metálica traçando um formato de serpentina colada chamada diafragma está “sanduichada” entre duas superfícies externas paralelas que contêm arranjos de imãs muito fortes.

O sinal elétrico de áudio conduzido pela fita gera um campo magnético variável que atrai e repele o conjunto diafragma + fita e faz vibrar as moléculas de ar.  Similar ao fone eletrodinâmico, o fone planar-magnético tem sua fonte de energia em seu próprio imã permanente.

O fone de ouvido planar-magnético teve um ressurgimento recente e alia a robustez do fone eletrodinâmico à reposta de transientes do fone eletrostático, porem é sensivelmente mais pesado e está restrito às faixas de preço mais altas.

Fone de ouvido eletroestático

O fone de ouvido eletroestático está baseado nos fenômenos de atração e repulsão entre superfícies carregadas eletroestaticamente. Nesse arranjo, uma superfície interna composta de um filme muito fino de plástico carregado eletroestaticamente, denominado diafragma, está “sanduichado” entre duas superfícies externas paralelas. O sinal elétrico de áudio que se propaga nas superfícies externas gera um campo elétrico variável que atrai e repele a superfície interna e faz vibrar as moléculas de ar. A fonte de energia do fone de ouvido eletroestático é uma fonte de alimentação AC/DC com tensões de saída entre 400 e 1000 V DC.

O fone de ouvido eletroestático é geralmente mais delicado e encontrado nas faixas superiores de preço. Pelo fato do diafragma ser extremamente leve, apresenta resposta a transientes superior às demais tecnologias.

Ergonomias

Fones de ouvido possuem ergonomias denominadas “ïn-ear”, “on-ear” e “over-ear”, três  anglicismos que ainda não constam oficialmente na língua portuguesa porém são utilizados por diversos fabricantes e publicações especializadas.

Fone in-ear

O fone tipo in-ear é inserido no canal auditivo e proporciona maior isolamento contra sons e ruídos externos.  Essa vantagem, porém, deve ser usufruída com muito cuidado quando em ambientes movimentados. Possui falantes pequenos e impedâncias mais baixas, que permitem sua utilização com dispositivos portáteis em geral.

Proporciona diferentes níveis de conforto e desempenho sonoro e geralmente são divididos entre “earbuds” (“brotos de ouvido”), de baixa ergonomia e sonoridade ruim, e “in-ear monitors” (monitores intra-auriculares), com formatos mais orgânicos e complementares ao canal auditivo e desempenho sonoro semiprofissional ou até mesmo profissional.

Contém falantes eletrodinâmicos e os do tipo “balanced armature”, este último com até quatro micro falantes desenvolvidos originalmente para aparelhos auditivos e que formam um sistema de até quatro 4 vias.

Fone “on-ear”

O fone on-ear cobre a superfície externa da orelha e também proporciona isolamento contra sons e ruídos externos, porém inferior ao do fone in-ear. Possui falantes com diâmetros menores com relação ao do tipo over-ear e impedâncias mais baixas, que permitem a sua utilização com dispositivos portáteis. Proporciona bons níveis de conforto e desempenho sonoro. Contém falantes eletrodinâmicos e eletroestáticos.

Fone over-ear

O fone over-ear cobre os ouvidos por inteiro. Quando composto por cavidades com superfícies externas fechadas, proporciona maior isolamento contra sons e ruídos externos, além de exibir acentuada resposta de baixas frequências. Quando composto por cavidades com superfícies externas abertas, não proporciona isolamento porém exibe resposta de frequência mais equilibrada e natural, resultando no melhor desempenho sonoro entre todos os fones de ouvido. Possui falantes com diâmetros mais largos e geralmente impedâncias mais altas, o que torna mandatório o seu uso com pré-amplificadores e DACs. Contém falantes eletrodinâmicos, eletroestáticos e planar magnéticos.

Outras ergonomias

Além de se propagar pelo ar, os sons também se propagam através dos sólidos, e isto inclui os ossos da cabeça humana. Fones de ouvido de condução óssea são baseados neste princípio físico, onde dispositivos sonoros colocados sobre as extremidades da mandíbula criam vibrações que são transmitidas até o sistema auditivo. Se a sua qualidade sonora é muito inferior à dos fones convencionais, o fone de condução óssea porém permite uso durante a prática de natação e ciclismo urbano.

Já o fone com dispositivo magneto-restritivo gera uma força motriz nas moléculas de água da pele, sendo comumente utilizado em sistemas de intercomunicação de forças táticas especiais militares, onde o silêncio é vital. Conhecimentos advindos dos implantes cocleares e da cibernética apontam para o desenvolvimento de implantes neurais que farão parte das primeiras ações médicas realizadas em recém-nascidos.

*Alexandre Algranti continua na busca do fone de ouvido perfeito. Porém, espera nunca encontrá-lo…

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