Quando olhamos para um alto-falante, o que vemos primeiro é o cone — também chamado de diafragma. Ele é a superfície que se move para frente e para trás e transforma a força criada pela bobina móvel em ondas de pressão no ar, ou seja, em som. Parece uma peça simples, mas a escolha do seu material, formato e espessura muda o grave, os médios, a sensibilidade, a durabilidade e até o custo do produto.

Este é o primeiro artigo da série Anatomia do Alto-Falante, em que vamos estudar, semana a semana, cada componente de um alto-falante dinâmico: o que é, para que serve, quais tipos existem, as diferenças entre eles e como é montado.

Onde fica o cone e qual é a sua função

No alto-falante de bobina móvel, o cone fica preso em dois pontos: na borda (suspensão), pela parte externa, e na bobina móvel, pela parte interna — essa região central é chamada de pescoço. Logo abaixo do pescoço está a spider (centragem), que mantém a bobina centralizada no gap do conjunto magnético. No centro, a calota fecha o cone e protege o gap contra poeira.

Em resumo, o cone tem cinco funções:

• Converter movimento em som: recebe a força da bobina e desloca o ar como um pistão.
• Definir a área de radiação: o diâmetro efetivo do cone (com parte da borda) determina o Sd, um dos parâmetros Thiele-Small mais importantes.
• Ser leve: a massa do cone é a maior parcela da massa móvel (Mms) em muitos woofers — mais massa significa menos sensibilidade e Fs mais baixa.
• Ser rígido: o cone precisa se mover como um corpo único, sem deformar, na maior faixa de frequência possível.
• Controlar as próprias ressonâncias: todo material vibra em modos próprios; o amortecimento interno define se esses modos viram picos ásperos ou passam despercebidos.

Como o cone gera som: o princípio do pistão

Quando a bobina empurra o cone para frente, o ar à frente dele é comprimido; quando puxa para trás, o ar é rarefeito. Essa sequência de compressões e rarefações se propaga como onda sonora. Nas baixas frequências o cone se comporta como um pistão rígido: todos os pontos da superfície se movem juntos, com a mesma fase.

Essa relação explica por que um subwoofer de 12″ consegue produzir graves que um alto-falante de 4″ não alcança: com o mesmo deslocamento, o cone maior move cerca de nove vezes mais ar. Também explica por que alto-falantes pequenos de alto desempenho precisam de Xmax elevado. Os parâmetros que descrevem esse comportamento estão detalhados no nosso guia prático de parâmetros Thiele-Small.

Características que definem um bom cone

O cone ideal seria infinitamente leve, infinitamente rígido e perfeitamente amortecido. Como isso não existe, todo projeto é um compromisso entre as propriedades abaixo:

Perfis de cone: reto, curvo, raso e com nervuras

A geometria é tão importante quanto o material. Um cone é, estruturalmente, uma casca: o próprio formato cônico já lhe dá rigidez muito maior do que uma folha plana do mesmo material.

Cone reto (cônico)

Perfil retilíneo da base ao pescoço. É o mais simples de fabricar e oferece boa rigidez axial. Muito comum em woofers e subwoofers, onde a faixa de trabalho fica abaixo do break-up.

Cone curvo (exponencial ou curvilíneo)

O perfil é côncavo, abrindo mais perto da borda. A curvatura distribui as ressonâncias, suaviza a transição para o break-up e costuma estender a resposta em médios. É o perfil típico de alto-falantes full-range e mid-woofers.

Cone raso ou plano

Pouca profundidade para caber em espaços rasos — portas de carro, painéis, TVs e caixas finas. Como o formato contribui menos para a rigidez, o material precisa compensar: aparecem cones com fibras técnicas, estruturas em sanduíche ou diafragmas planos em colmeia.

Cone com nervuras ou anéis

Nervuras radiais, anéis concêntricos ou pequenas dobras estampadas aumentam a rigidez sem acrescentar muita massa e “quebram” os modos de vibração. Em cones injetados de polipropileno, as nervuras podem ser moldadas na própria peça.

Também vale lembrar dos cones ovais (6×9″, 5×7″), muito usados no automotivo: eles oferecem mais área em um espaço retangular, mas têm modos de vibração menos uniformes do que os cones redondos.

Materiais de cone: vantagens e limitações

Como os cones são fabricados

Cada família de material tem seu processo:

• Papel: a polpa de celulose, com aditivos e fibras, é depositada em uma tela com o formato do cone (moldagem por sucção), depois prensada a quente e cortada. Cones “não prensados” ficam mais leves e porosos; os prensados, mais densos e rígidos.
• Polipropileno: injeção em molde (permite nervuras e espessura variável) ou termoformagem a vácuo de chapas.
• Metais: estampagem ou repuxo de chapas finas, seguidos de anodização ou outro tratamento superficial.
• Compósitos: tecidos pré-impregnados com resina são prensados em molde aquecido até a cura.

Depois de formado, o cone pode receber um revestimento (o chamado dope) que acrescenta amortecimento, vedação e proteção contra umidade — sempre com o custo de alguns décimos de grama a mais de massa móvel.

Pistão e break-up: o limite do cone

À medida que a frequência sobe, o comprimento de onda das vibrações dentro do material diminui até ficar comparável ao tamanho do cone. A partir daí, o cone deixa de se mover como um corpo único: diferentes regiões vibram com fases diferentes. Esse fenômeno é chamado de break-up.

O break-up não é necessariamente um defeito — em full-ranges ele é usado para estender a resposta em agudos. Mas em mid-woofers de sistemas de duas vias ele precisa ser controlado. As ferramentas do engenheiro são:

• escolher um material com amortecimento interno adequado;
• usar perfil curvo ou nervuras para distribuir os modos;
• aplicar revestimentos que dissipem energia;
• ajustar a borda, que também amortece a extremidade do cone;
• posicionar o corte do crossover bem abaixo do primeiro pico de break-up (veja nosso artigo sobre crossover passivo de 2 vias).

Como o cone é montado

Na linha de produção, o cone é um dos últimos componentes a entrar, porque depende do alinhamento da bobina e da spider. A sequência típica é:

1. Bobina no gabarito: a bobina é inserida no gap com um calço (shim) que garante a concentricidade com o polo.
2. Spider: colada no former da bobina e no apoio da carcaça, na altura correta.
3. Cone: recebe adesivo no pescoço (junção com o former) e é assentado sobre a spider, centralizado.
4. Borda e gaxeta: a borda (às vezes já colada ao cone pelo fornecedor) é colada no flange da carcaça, e a gaxeta é aplicada por cima.
5. Cordoalhas e calota: as cordoalhas são soldadas aos fios da bobina e aos terminais, e a calota fecha o centro.

Os adesivos variam com o par de materiais: em geral usam-se adesivos estruturais no pescoço, onde a solicitação mecânica e a temperatura são maiores, e adesivos de contato ou à base de borracha nas colagens de borda e gaxeta. A quantidade de cola também é controlada: excesso de adesivo é massa móvel extra e altera a Fs.

Defeitos comuns e pontos de inspeção

Checklist de recebimento do cone:

• massa (g) e variação dentro da tolerância do desenho;
• diâmetros externo e do pescoço, altura e concentricidade;
• ausência de trincas, rugas, bolhas ou rebarbas;
• uniformidade do revestimento e da cor;
• teste de umidade/temperatura em amostras, quando a aplicação exigir.

Como escolher o cone para cada aplicação

Resumo

O cone é o “pistão” do alto-falante: precisa ser leve, rígido e bem amortecido ao mesmo tempo. O perfil define boa parte da rigidez e do comportamento no break-up; o material define o equilíbrio entre rigidez, amortecimento, massa e resistência ambiental; e a montagem — especialmente a colagem no pescoço e a centragem — define a confiabilidade do produto. No próximo artigo da série (19/10), o tema é borda (suspensão).