É possível transformar uma antiga cápsula magnética de telefone em um microfone?
Essa é uma experiência particularmente interessante porque mostra, na prática, que alguns transdutores eletromagnéticos podem trabalhar nos dois sentidos da conversão de energia.
Uma cápsula originalmente utilizada para transformar um sinal elétrico em som pode, em determinadas construções, fazer o processo inverso: receber ondas sonoras e produzir um pequeno sinal elétrico.
No vídeo deste artigo mostro uma montagem simples utilizando uma cápsula magnética de telefone e um transformador de saída, criando um microfone experimental com poucos componentes.
O que existe dentro de uma cápsula magnética de telefone?
Nos receptores telefônicos magnéticos tradicionais encontramos elementos como:
- ímã permanente;
- bobina;
- circuito magnético;
- diafragma metálico.
Na utilização original como receptor, o sinal elétrico percorre a bobina e altera o campo magnético. Isso provoca o movimento do diafragma e produz som.
Simplificando:
sinal elétrico → campo magnético variável → movimento do diafragma → som
Mas existe uma característica muito interessante nesse sistema.
Podemos fazer o processo funcionar ao contrário
Quando uma onda sonora atinge o diafragma, ela provoca pequenas vibrações.
Essas vibrações modificam o circuito/fluxo magnético relacionado à bobina, podendo induzir nela uma pequena tensão elétrica.
Assim:
som → vibração do diafragma → variação do fluxo magnético → tensão elétrica
Esse princípio não é apenas uma curiosidade. As Feynman Lectures usam justamente o receptor telefônico como exemplo de dispositivo capaz de operar nos dois sentidos: como receptor ou como gerador de uma força eletromotriz a partir do movimento provocado pelo som.
É essa característica que podemos explorar para fazer nosso microfone experimental.
Isso é parecido com um microfone dinâmico?
Existe uma relação conceitual, mas não devemos dizer que toda cápsula magnética de telefone é simplesmente um microfone dinâmico convencional.
Em um microfone dinâmico de bobina móvel, o diafragma está ligado a uma bobina que se movimenta dentro do campo de um ímã permanente. O movimento induz uma tensão na bobina.
Uma cápsula telefônica magnética tradicional pode possuir outra construção: bobinas estacionárias, peças polares e um diafragma ferromagnético cujo movimento altera o fluxo magnético.
O princípio comum que nos interessa é a indução eletromagnética.
Então por que utilizar um transformador?
O sinal obtido diretamente da cápsula pode não apresentar nível e impedância convenientes para o equipamento ao qual queremos conectá-la.
É aí que entra o transformador de áudio.
Um transformador pode modificar a relação entre tensão, corrente e impedância vista pelo circuito.
Em aplicações de microfone, transformadores são historicamente utilizados justamente para obter uma relação de impedância e nível de sinal mais conveniente. Em determinados microfones dinâmicos, por exemplo, um transformador elevador aumenta a tensão disponível e transforma a impedância apresentada na saída.
O transformador não é um amplificador
Essa diferença é importante.
Quando percebemos um sinal maior de tensão no secundário, podemos ter a impressão de que o transformador está “amplificando” o microfone como faria um circuito eletrônico.
Não é exatamente isso.
Um transformador ideal não cria potência.
Sua relação de espiras permite trocar características de:
tensão ↔ corrente
e também transforma a impedância apresentada entre seus lados.
Se temos um transformador com mais espiras no secundário do que no primário, podemos obter uma tensão maior no secundário, acompanhada das demais relações correspondentes.
A relação de impedâncias é particularmente interessante
Em um transformador ideal, a transformação de impedância depende aproximadamente do quadrado da relação de espiras.
Se:
N₂/N₁ = 4
a relação de impedâncias será aproximadamente:
(4)² = 16
É justamente por isso que transformadores de áudio podem ser tão úteis para fazer a interface entre transdutores e circuitos com características elétricas diferentes.
Não existe, entretanto, uma relação universal correta para qualquer cápsula telefônica. O resultado depende da cápsula, transformador e entrada de áudio utilizados.
Montando o microfone experimental
Conceitualmente, nossa montagem é muito simples:
som
↓
cápsula magnética de telefone
↓
pequeno sinal elétrico
↓
transformador
↓
entrada de áudio
O interessante é que conseguimos realizar uma experiência de conversão eletroacústica utilizando pouquíssimos componentes.
Não estamos tentando construir um microfone profissional de estúdio. O objetivo é compreender e experimentar o princípio.
É necessário alimentar a cápsula?
Essa é outra característica interessante.
No funcionamento passivo que estamos explorando, a energia elétrica do sinal é produzida a partir da energia mecânica das ondas sonoras e da indução eletromagnética.
Isso lembra o princípio dos microfones dinâmicos passivos, que não precisam de alimentação para que o elemento de bobina móvel gere seu sinal.
Portanto, a montagem pode ser extremamente simples.
Não confunda cápsula magnética com microfone de carvão
Aqui existe uma distinção histórica importante.
Os telefones antigos também utilizaram microfones de carvão como transmissores.
Eles funcionam de maneira diferente: a pressão sonora altera as características elétricas do elemento de carvão e o circuito utiliza uma fonte de alimentação.
A cápsula magnética que estamos explorando neste projeto trabalha por outro princípio.
Aliás, os primeiros sistemas telefônicos de Bell demonstraram justamente a possibilidade de usar transdutores eletromagnéticos semelhantes tanto para transmitir quanto para receber som.
A qualidade será igual à de um microfone profissional?
Provavelmente não — e nem é esse o objetivo.
Uma cápsula projetada originalmente para reproduzir voz em um telefone foi otimizada para outra finalidade.
Um microfone profissional possui projeto acústico, mecânico e elétrico desenvolvido especificamente para captar áudio, considerando aspectos como:
sensibilidade, resposta em frequência, impedância, ruído, diretividade e distorção.
Nossa montagem deve ser entendida principalmente como uma experiência de eletrônica e áudio.
E é justamente isso que a torna interessante.
Uma experiência que ensina vários conceitos ao mesmo tempo
Com poucos componentes conseguimos explorar:
eletromagnetismo
↓
indução eletromagnética
↓
transdução eletroacústica
↓
transformadores
↓
impedância
↓
sinais de áudio
É um ótimo exemplo de como componentes antigos podem ser utilizados para compreender conceitos que continuam presentes nos equipamentos modernos.
Veja a montagem do microfone no vídeo
No vídeo abaixo mostro minha montagem simples de um microfone utilizando uma cápsula magnética de telefone e um transformador de saída.
Reaproveitando componentes para aprender eletrônica
Gosto particularmente desse tipo de experiência porque ela vai além de simplesmente montar um circuito.
Quando pegamos uma cápsula de telefone e fazemos com que ela desempenhe uma função diferente daquela para a qual normalmente a conhecemos, começamos a entender o componente pelo seu princípio físico, e não apenas pelo nome escrito no catálogo.
A cápsula deixa de ser simplesmente “a peça que produz o som no telefone”.
Passamos a enxergá-la como um transdutor eletromagnético.
E o transformador deixa de ser apenas uma peça com dois enrolamentos. Ele passa a fazer parte da interface entre o transdutor e o restante do sistema de áudio.
Esse tipo de experimentação é uma excelente maneira de aprender eletrônica na prática.