[001] Á presente invenção pertence ao campo dos diafragmas para transdutores eletroacústicos, mais especificamente, a um diafragma de papel manufaturado a partir de uma composição contendo fibras celulósicas em combinação, e uma proporção de fibras minerais incluindo fibra de vidro.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] O mercado de alto-falantes no Brasil está em busca de produtos que utilizem materiais diferenciados que podem trazer uma série de benefícios, desde redução de peso, aumento da eficiência do alto- falante assim como redução de impacto na natureza do produto.

[003] Tendo em vista estes fatos a incorporação de fibras naturais ao processo de produção do cone traz diversos benefícios, tanto em termos de meio ambiente, pois uma parte do material que compõe o diafragma (cone) passa a ser material de fonte renovável e facilmente reciclado, como também aumentam as propriedades de resistência do material, permitindo a obtenção de cones mais fortes e com menor peso do que os que são utilizados hoje em dia.

[004] A adição de fibras na formação do material compósito normalmente causa aumento geral nas propriedades mecânicas do material final. Algumas fibras podem simplesmente ser utilizadas como material de enchimento, sem contribuição significativa de reforço para a matriz, enquanto que outras realmente contribuem com a estruturação da matriz. No caso específico de cones ou diafragmas para alto-falantes, a adição de fibras também pode causar mudança no timbre do produto final, ou seja, alteração na percepção do som em uma mesma frequência.

Madeira e Celulose t

[005] A madeira é um material constituído principalmente por dois tipos de compostos: os componentes estruturais, que incluem a celulose, as hemiceluloses e a lignina e que são macromoléculas responsáveis pelas propriedades mecânicas da madeira, e os componentes não estruturais, constituídos por substâncias com massa molecular baixa ou média do tipo orgânico (geralmente designados extrativos) ou inorgânicos (cinzas). A composição química da madeira varia entre 40-50% de celulose, 20-30% de hemiceluloses, 20-35% de lignina e 0-10% de extrativos.

[006] Na madeira, o comprimento e a forma das fibras variam conforme o tipo, resultando em papéis com diferentes características. Existem duas classes de madeiras que são utilizadas para fabricação de papel e são conhecidas por madeiras moles e madeiras duras. Madeiras moles são derivadas de árvores coníferas como pinus ou araucária, esta última nativa do Brasil. A celulose obtida dessa classe de madeira é de fibras longas (cerca de 3mm) utilizada na fabricação de certos tipos de papéis que requerem menores quantidades de aditivos na colagem interna, produzindo papéis mais absorventes ou papéis com características especiais que o tornam mais resistentes. Já as madeiras duras são derivadas de árvores folhosas, classe angiospermae. Produzem fibras curtas (cerca de 1 mm), utilizadas comumente na fabricação de papéis de imprimir e de escrever. Esta característica requer na produção do papel maiores acréscimos de aditivos se for desejado que o mesmo tenha uma superfície apropriada para impressão, ou seja, para a ancoragem da tinta. No Brasil, o eucalipto é a madeira dura mais usada para fabricação de celulose. Não obstante, é importante salientar que o desenvolvimento da indústria papeleira permite a produção de papéis a partir de madeiras duras ou moles, com características que podem ser melhoradas durante o processo de refino. [007] A celulose é uma substância constituída em sua maior parte por moléculas de glicose, existente na maioria dos vegetais, e polimerizadas em grandes cadeias (polissacarídeo). De característica fibrosa, localiza-se no interior das células das plantas. A celulose é responsável por dar estrutura às plantas, sendo um tipo de açúcar que não pode ser digerido pelo ser humano.

[008] O papel é formado pelo entrelaçamento de fibras de celulose juntamente com outros materiais, como compostos químicos adicionados, os quais conferirão propriedades especiais que resultarão em papéis de qualidades distintas e usos variados. A qualidade do papel depende díretamente do tipo e do conteúdo de celulose. O algodão constitui a forma mais pura da celulose e, portanto, é empregado na produção dos melhores papéis.

[009] Para se obter a celulose para utilização em papel, a madeira é cortada, levada aos digestores onde é extraída a lignina, sobrando a fibra pura, que é da cor da madeira, e então a celulose passa por um processo de lavagem e branqueamento para que se possa obter o papel da cor branca. Ex.: Papel craft, duplex - celulose não branqueada.

Fibras e formação de compósitos

[010] Uma boa dispersão das partículas de carga na matriz é uma das condições necessárias para se ter boas propriedades mecânicas no produto final. Há uma tendência natural de as partículas de carga formarem agregados ou aglomerados, impedindo o seu envolvimento completo pela matriz e gerando com isso pontos de fragilidade onde ocorrerão as concentrações de tensão e consequente redução nas propriedades mecânicas do material.

[011] A mistura deve ser promovida em equipamentos que garantam a boa dispersão das fibras na massa de celulose, para que depois, durante a formação do diafragma ou cone não ocorram os problemas anteriormente citados.

[012] As fibras adicionadas à massa atuam na estabilidade dimensional da peça, assim como contribuem para o aumento da resistência mecânica da mesma, atuando como um agente de reforço da matriz, devido as fibras ficarem entrelaçadas com a matriz de celulose, conseguindo com isso, o efeito de absorver uma parte da tensão aplicada ao material.

[013] A morfologia da partícula da fibra é muito importante, pois uma das propriedades afetadas é a quantidade de fibra que pode ser misturada à matriz sem que ocorra a separação de fases. As partículas na forma de fibras, agulhas ou que tenham alta razão comprimento versus largura afetam o fluxo de material no momento da formação do diafragma (cone). Por outro lado, esta mudança no fluxo é bem menor quando as partículas do material apresentam formato mais próximo do esférico. Além disso, pode ocorrer o entupimento da matriz de molde dos cones, sendo a mesma obstruída pela fibra que não consegue atravessar os canais de enchimento do molde do diafragma (cone), ou passa mais lentamente, resultando em diafragmas com diferenças de massa em alguns pontos.

[014] Um dos principais fatores que devem ser levados em conta é o tamanho da partícula de fibra, pois se deve buscar um balanço adequado de tamanho em relação à matriz para que a fibra tenha o seu efeito de contribuição para o reforço maximizado. Isto porque quanto maior o comprimento da fibra, mais difícil será acomodar a mesma na matriz de celulose durante o processo de formação do cone, resultando em pontas que podem ficar para fora, acima ou abaixo do plano do cone ou gerar regiões onde a fibra fique emaranhada, aumentando a concentração da fibra nesses pontos e consequentemente formando um ponto frágil no diafragma, onde provavelmente iniciará a ruptura do mesmo.

[015] Por outro lado, quanto menor for o comprimento da fibra, menor será sua contribuição para o aumento das propriedades mecânicas e de resistência do cone.

[016] Outro fator que deve ser levado em conta é a energia livre de superfície, pois esta vai definir o quanto mais fácil vai ser a dispersão ou homogeneização da fibra na matriz de celulose. Materiais com energias de superfície muito diferentes são incompatíveis, sendo muito difícil sua mistura, pois a preferência neste caso é que a fibra forme aglomerados e não ocorra a dispersão na matriz. Por isso materiais de fontes parecidas foram escolhidos para que a energia de superfície dos materiais seja similar e este não seja um fator que dificulte a mistura da fibra com a celulose para a formação do cone.

[017] Em compósitos, cada sistema (reforço/matriz) possui uma característica interfacial específica, que depende principalmente das interações das forças intermoleculares dos componentes. Existem modelos que descrevem os mecanismos de adesão fibra/matriz com um bom grau de exatidão e estes levam em conta a microestrutura do material e o mecanismo de adesão entre a fibra e a matriz. São eles: a interdifusão, atração eletrostática e as ligações químicas. Nenhum dos três ocorre isoladamente, normalmente tem-se pelo menos o efeito de dois deles e em muitos casos os três efeitos combinados.

[018] As fibras naturais são utilizadas como agentes de reforço em uma série de matrizes de plásticos, passando por borracha e podendo ser estendida para a celulose.

[019] A adição de fibras vegetais a uma matriz é uma técnica extensivamente empregada na indústria para a obtenção de materiais com melhor desempenho mecânico. [020] A substituição de fibras vegetais por fibras sintéticas ou a incorporação de mais fibras vegetais além das fibras sintéticas cria uma possibilidade bastante importante, principalmente quando se utiliza uma matriz de celulose, pois as fibras vegetais tendem a ser mais compatíveis com este tipo de matriz.

[021] Outra motivação que leva à utilização de fibras vegetais é o fato de este tipo de fibra ser de uma fonte renovável, biodegradável, apresentar baixo custo e consequentemente provocar menor impacto ambiental.

[022] As fibras vegetais ou lignocelulósicas possuem menor densidade e provocam menor desgaste do que as fibras sintéticas nos equipamentos convencionais de moldagem de cones. Além disso, o Brasil é, sem dúvida, um dos países que possuem a maior biomassa do mundo e a maior extensão territorial cultivável, potenciais estes que devem ser mais bem explorados.

[023] Dentre as fibras vegetais que podem ser utilizadas para a presente aplicação estão: sisal, rami, juta, malva, curauá e fibra de coco, entre outras. A fibra de sisal se destaca entre as fibras foliares, em termos de qualidade e de aplicação comercial, e também por possuir um dos maiores valores de módulo de elasticidade quando comparada a outras fibras vegetais.

[024] Outra grande vantagem do uso de fibras vegetais é a sua não toxidez. Dessa forma, para o projeto de um material já se reconhece hoje a extrema importância de se considerar o desempenho dos produtos em todos os níveis e as implicações socioambientais do seu uso.

[025] Com relação ao sisal e à juta, a maior utilização, até algum anos atrás, era quase que exclusivamente em cordoarias. A combinação de sisal e juta pode ser utilizada como reforço em diversas matrizes de maneira bastante satisfatória, podendo-se citar como exemplo de matriz a matriz de celulose.

[026] O desempenho do compósito formado (celulose mais fibras vegetais) tem suas propriedades mecânicas melhoradas, pois permite uma transferência de esforço da matriz para a fibra, com isso conseguindo um aumento da resistência mecânica do compósito adicionado com a mistura de fibras vegetais (sisal e juta). Como a fibra apresenta um comprimento entre 1 a 2cm, esta contribui para a estruturação da peça final.

Alto-faiantes

[027] Alto-falantes são transdutores eletrodinâmicos e se baseiam em um mesmo conceito, o movimento de um diafragma (cone), causado pelo deslocamento da bobina móvel respondendo a um campo magnético modulado atuando em conjunto com um imã permanente. Novas características podem ser obtidas para um alto-falante alterando a faixa de atuação de seus componentes. Reforço da bobina e aumento do campo magnético do imã permanente causam um aumento de potência, mudanças em outras partes como aranhas e suspensões causam mudanças de parâmetros.

[028] Alterações no diafragma (cone) podem levar a aumento das propriedades mecânicas ou mudança do timbre, que levam a alterações nas características do som propagado pelo alto-falante.

[029] Vários materiais têm sido usados na construção de diafragmas (cones) para alto-falantes, incluindo metal, tecidos, filmes de plástico e polpa compreendida de fibras naturais ou sintéticas como fibras de carbono, fibras de vidro e kevlar ou acrílico. Os cones de papei são geralmente preparados formando fibras celulósicas de papel em uma certa configuração utilizando um molde (matriz) para a conformação da peça. Esses diafragmas (cones) são também designados como diafragmas (cones) fibrosos ou do tipo de papel feltro.

[030] Os diafragmas (cones) de plástico são geralmente preparados de um outro modo, uma maneira é moldar pellets de resina plástica em filme e depois moldando a vácuo o filme para formar um cone, e uma outra maneira é por moldagem direta por injeção da resina formando um cone.

[031] O estado da técnica é abundante em referências sobre os materiais que compõem os diafragmas ou cones utilizados em alto- falantes.

[032] Uma referência disponível na Internet pode ser consultada nos links

http://www.loudspeakercomponents.eom/cataloguse.html#2) Cone Body Materials e http://en.wikipedia.org/wiki/Diaphraqm (acoustics).

[033] Já a literatura de patentes oferece os seguintes documentos.

[034] A patente U.S. 4.518.642 trata de um diafragma para alto- falante que compreende um elemento de diafragma constituído de um feltro de uma mistura de fibras de papel e fibras termoplásticas, no qual as fibras termoplásticas são fundidas para formar uma matriz de material termoplástico que se estende através do feltro para enrijecer o elemento de diafragma. As fibras para papel compreendem fibras de celulose, as fibras termoplásticas são fibras de polipropileno e a razão do peso seco das fibras de polipropileno para o peso seco das fibras de celulose está na faixa de 0,2 a 0,3. Conforme este documento de patente, o termo fibras de celulose engloba a faixa de fibras usadas na fabricação de papel, incluindo fibras de madeira, outras fibras de celulose, algodão, linho e fibras de lã.

[035] A patente U.S. 5.581.053 trata de um diafragma de um transdutor eletroacústico manufaturado com um material que inclui fibras obtidas de ramos jovens de plantas de bambu e de preferência o material é papel obtido pela mistura de ramos jovens de plantas de bambu e polpa de madeira em uma razão pré-determinada. As fibras de bambu conferem melhora na rigidez e nas características de perda interna sem aumento da densidade, o que expande a banda de frequência do diafragma. A coleta de ramos jovens preserva as árvores de bambu, com vantagens ambientais.

[036] A patente U.S. 7.913.808 trata de um papel compósito adequado para uso como componente de alto-falante, o papel sendo à base de uma composição que inclui polpa de madeira, fibras hidrofóbicas e fibras de enrijecimento que retêm rigidez quando úmidas. Em alguns exemplos, fibras acrílicas Abriladas e fibras de vidro são usadas. A fibra de madeira constitui entre 30% e 70% em massa da composição.

[037] A patente U.S. 6.390.232 descreve um cone para alto-falante fabricado a partir de um material compósito e um surround moldado. O material compósito do cone contém fibras naturais e fibras sintéticas, onde as fibras sintéticas são capazes de se ligar quimicamente ao material do surround, formando deste modo uma ligação aperfeiçoada durante o procedimento de moldagem pelo qual o surround é formado e conectado ao cone. O processo de preparação do cone inclui a formulação e o refino das fibras naturais de preferência antes da adição das fibras sintéticas.

[038] O material compósito objeto deste documento de patente norte-americano inclui fibras naturais tais como fibras de polpa de papel que são o material típico usado na confecção de cones de papel. As fibras naturais empregadas são isoladas ou combinadas, selecionadas dentre celulose fibra curta, celulose fibra longa, papel Kraft e outras fontes naturais como algodão, linho, sumaúma ou kapok, cânhamo, sisal, juta, kenaf, ramie e fibras de lã. Para o material compósito deste documento de patente a formulação típica compreendia papel Kraft de madeira não branqueada, fibra curta branqueada e fibra longa de celulose branqueada na proporção de 45%, 30% e 25% em peso seco, respectivamente. Pelo menos parte das fibras sintéticas do compósito usado no cone é capaz de formar uma ligação química com pelo menos parte dos componentes do material de um surround moldado sobre um cone manufaturado com o material compósito.

[039] A publicação internacional WO2012/134806A1 descreve um papel compósito resistente à água, adequado como componente de alto- falante e fabricado a partir de uma composição que inclui fibras hidrofóbicas, fibras de enrijecimento que retêm rigidez quando úmidas e fluorocarbono. Fibras acrílicas e fibras de vidro são usadas, em proporção entre 5 e 20% em massa da composição. As fibras de vidro usadas têm diâmetro médio entre 6 e 13pm e comprimento médio entre 2 e 8mm.

[040] O documento de patente publicado norte-americano U.S. 20040231814A1 ensina que produtos à base de papel são aperfeiçoados pela adição de entre 1 % e cerca de 25% do produto papel em peso, de fibras de lã de vidro de diâmetro grosso, entre 5,5pm e cerca de 1 1 pm, com diâmetro ideal de cerca de 7pm. Os produtos de papel resultantes são mais resistentes ao ar e sofrem menos expansão em contato com água.

[041] Seria interessante se a técnica dispusesse de uma composição alternativa para cones de alto-falantes com propriedades mecânicas aperfeiçoadas em relação a cones do estado da técnica, além de resistência à água. Tais propriedades aperfeiçoadas têm reflexo direto no som obtido.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[042] De um modo amplo, a invenção é dirigida para um diafragma para transdutor eletroacústico, dito diafragma compreendendo fibras naturais selecionadas dentre fibra curta, fibra longa, fibra refinada, pasta mecânica, fibra de sisal, fibra de juta e uma fibra de enrijecimento selecionada dentre fibra de vidro, onde, a fibra de sisal e a fibra de juta compreendem, cada, entre 2% e 4% em peso, em base seca, da composição total.

[043] As fibras longa, curta, são pesadas e dissolvidas através de um processo de agitação mecânica, provocando o processo de dispersão e hidratação das fibras de celulose, resultando em uma massa do material. Nesta massa são acrescentadas as fibras que agregarão maior resistência ao material final. Primeiramente é colocada a fibra de vidro, logo em seguida, as outras duas fibras, sisal e juta, e o processo de mistura mecânica continua até que seja atingida a correta dispersão das fibras na massa de celulose.

[044] Em seguida a massa produzida é enviada para uma máquina que molda os cones.

[045] Juntamente com a adição da massa produzida é colocado um agente de colagem, que visa reduzir o percentual de absorção de umidade do cone pronto.

[046] A invenção é ainda dirigida para um transdutor eletroacústico dotado de um diafragma compreendendo fibras naturais selecionadas dentre fibra curta, fibra longa, fibra de sisal, fibra de juta e uma fibra de enrijecimento selecionada dentre fibra de vidro, onde a fibra de sisal e a fibra de juta compreendem cada uma entre 2% e 4% (m/m), em base seca, da composição total.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[047] A Figura 1 anexa é um fluxograma que ilustra o processo da invenção de preparação dos diafragmas em forma de cone.

[048] A Figura 2 anexa é uma representação de uma série harmónica que é o conjunto de ondas composto da frequência fundamental e de todos os múltiplos inteiros desta frequência. [049] A Figura 3 anexa é um gráfico do registro resposta em frequência - Fundamental. Curva em pontilhado: cone da invenção. Curva em tracejado: cone controle de celulose.

[050] A Figura 4 anexa é uma representação gráfica da harmónica total. Curva em pontilhado: cone da invenção. Curva em tracejado: cone controle de celulose.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[051] No decorrer do presente relatório, os termos "diafragma" e "cone" são considerados equivalentes, já que o diafragma para transdutor eletroacústico da invenção tem a forma de um cone.

[052] Deve ficar bem claro, no entanto, para os especialistas, que o diafragma da invenção pode igualmente ser produzido no formato plano, tal configuração estando plenamente integrada ao conceito da invenção ou mesmo apresentar uma curvatura.

[053] Um aspecto da invenção é um diafragma em formato de cone preparado a partir de fibras naturais selecionadas dentre fibras naturais compreendendo os vários tipos de celulose juta e sisal, e uma fibra mineral como fibra de vidro.

[054] A especificação dos componentes da composição utilizada na confecção do diafragma da invenção é apresentada a seguir.

[055] A celulose de fibra longa é a celulose de fibra longa branqueada, com comprimento de fibras médio de 3,9mm, diâmetro médio de 40 micrometros, espessura da parede 8,5 micrometros, rugosidade da fibra 31 mg/100m, teor de finos (menor que 0,07mm)<4% e Teor de cinzas: 0,08 (máximo). Fornecedor: Alto Paraná (PR/BR). Esta fibra compreende entre 45% e 55% em peso seco em relação ao peso total da formulação do diafragma.

[056] A celulose de fibra curta é produzida com árvores de fibra curta, como o eucalipto, o álamo, a bétula e a acácia. É mais adequada para fabricar papéis de impressão e escrita revestidos e não-revestidos, papel de seda e papelão de embalagem revestido. É fornecida em folhas branqueadas, com comprimento de fibra entre 0,5 a 1 ,5mm e diâmetro entre 10 a 45 micrometros. Fornecedor: Celulose Riograndense (RS/BR). Esta fibra compreende entre 33% e 42% em peso seco em relação ao peso total da formulação do diafragma.

[057] Fibra de sisal: É uma fibra longa, dura e apresenta coloração clara. Fornecido em rolos 1 kg; tamanho de corte da fibra entre 1 a 2cm; diâmetro da fibra entre 0,10 a 0,55mm; teor de cinzas > 4%; cor: branco creme até amarelo; Fornecedor: Casa das Cordas (Porto Alegre, RS). A fibra de sisal é um componente essencial na formulação. Sua proporção oscila entre 2% e 4% em peso seco em relação ao peso total da formulação do diafragma.

[058] Fibra de juta: É uma fibra longa, macia, e após pronta para utilização apresenta cor escura, com tonalidade entre amarelo e marrom claro. É fornecida em rolos de 1 kg; tamanho de corte da fibra entre 1 a 2 cm; diâmetro da fibra entre 0,15 a 0,6mm; teor de cinzas > 5%; cor variando de amarelo escuro até marrom claro. Fornecedor: Casa das Cordas (Porto Alegre, RS). A fibra de juta é um componente essencial na formulação. Sua proporção oscila entre 2% e 4% em peso seco em relação ao peso total da formulação do diafragma.

[059] Fibra de vidro: ROVING 447B-2400, teor 98-100% fibra vidro;

13 microns de diâmetro, perda por ignição (%) 0,85 -1 ,05; Tex (g/km) 2400, 4000 ou 4800, vidro tipo Avantex, fornecedor OWENS CORNING (USA). Esta fibra compreende entre 5% e 7% em peso seco em relação ao peso total da formulação do diafragma.

[060] O agente de colagem é uma emulsão de Dímero de Alquil Ceteno (AKD) estabilizada com amido e contendo sais de alumínio. É utilizada como agente de colagem para papéis e cartões em pH neutro ou ligeiramente alcalino. Especificações técnicas: Aspecto: Líquido; Cor: branco leitoso; Teor de sólidos: 18 a 19%; Viscosidade 20°c: 150cP; Validade 20°C/4 meses; pH de trabalho: 6,8 a 8,5; Fornecedor Akzo Nobel. AKD é incorporado dentro do percentual da formulação.

[061] A Figura 1 é um fluxograma ilustrativo do processo (100) utilizado na fabricação do diafragma da invenção.

[062] Conforme a Figura 1 , em (110) ocorre a preparação dos componentes da massada: seleção, corte e pesagem, em (120), a preparação da massada: dispersão dos componentes em água sob agitação, em (130), a adição da massada dispersa e do agente de colagem ao tanque da máquina de moldagem, e em (140) a produção do cone moldado na máquina. Em (150) é feita a impregnação do cone moldado com resina fenólica. Em (160) se procede à cura da resina fenólica em estufa. Em (170), a pintura do cone. Em (180) é efetuado o corte do cone.

[063] A Tabela 1 a seguir ilustra a composição de controle e a composição da invenção, ambas em percentual massa/massa para a obtenção dos diafragmas utilizados no desenvolvimento que levou ao presente pedido.

TABELA 1

[064] Os ensaios foram determinados para se avaliar de duas maneiras os cones produzidos, a primeira referente a testes musicais e de funcionalidade do cone e o segundo tipo de ensaios levou em conta a estrutura e propriedades mecânicas do cone.

[065] Para a realização de todos os ensaios ficou definido que sempre estes seriam comparativos com um diafragma (cone) de celulose normal (diafragma controle).

[066] Para os ensaios funcionais mecânicos e elétricos foram realizados os seguintes testes:

- Teste potência AES;

- Testes de vida;

- Parâmetros Thielle Small;

- Curva de resposta;

- Ensaio auditivo.

[067] Já para a parte de avaliação das propriedades mecânicas e estrutura do diafragma em forma de cone foram realizados os seguintes ensaios:

- Determinação de espessura;

- Determinação de densidade e volume específico;

- Determinação de resistência a dobras duplas;

- Determinação das propriedades de tração (propriedades mecânicas);

- Determinação de absorção de água (Método de Cobb).

[068] Os ensaios mecânicos foram efetuados em uma máquina universal de ensaios (dinamômetro).

[069] Foram avaliadas as seguintes características da amostra:

- Tensão de escoamento;

- Tensão máxima;

- Alongamento na ruptura;

- Módulo de Young;

- Flexão. [070] As medições foram efetuadas em um Centro de referência no estudo de papel, SENAI/ PR. Foram avaliados o diafragma em forma de cone da invenção e um diafragma de controle no mesmo formato.

[071] Deve ser ressaltado que o diafragma (cone) invenção apresenta a vantagem de ter um peso menor da peça, esta diferença de peso está ao redor de 4g, o que permite um aumento da sensibilidade do alto falante.

[072] Na formulação testada foram utilizados cones de 20±1g, enquanto que os cones normais de celulose pesam 25±3g para atender à mesma especificação de resistência e som.

[073] Para os testes de propriedades mecânicas foram testados cones com aproximadamente o mesmo peso 24±1 ,5g.

Conceitos

[074] Espessura: É a distância entre as suas faces do papel, determinada de acordo com o método de ensaio normalizado, sob a ação de uma carga estática aplicada, medida em um equipamento do tipo micrômetro de papel.

[075] Resistência à flexão: Força, em Newtons ou milímetros, necessária para deformar um corpo de prova retangular, preso numa de suas extremidades, até formar um ângulo de 15° quando aplicada num comprimento de flexão de 50mm e próxima a extremidade livre do corpo de prova, normal ao plano que inclui a borda próxima da garra e o ponto ou linha de aplicação da força. O ensaio é realizado em um equipamento Taber.

[076] Resistência à tração e alongamento: É a força máxima de tração por unidade de largura que o corpo de prova suporta antes do seu rompimento.

[077] Módulo de Young: É o parâmetro mecânico que informa a rigidez de um material. [078] Absorção de água (Método Klemm): Método de absorção de água baseado na capilaridade do material, onde fitas com 15mm de largura são parcialmente imersas em água deionizada por um período de 10 minutos, após este tempo é verificada a medida da altura que a água alcançou na camada fibrosa.

[079] Dobras duplas: É o ensaio que representa a fadiga suportada por um corpo de prova quando dobrado repetidamente para frente e para trás, em ângulo e tensão específicos.

[080] Gramatura: É a massa de papel contida em uma determinada área, aproximada.

[081] A seguir, na Tabela 2, podem ser observados os resultados das análises dos corpos de prova obtidos a partir dos diafragmas em forma de cone produzidos a partir das composições da invenção e diafragmas de controle em forma de cone, que não apresentam juta e sisal na sua composição.

TABELA 2

[082] Como pode ser observado o diafragma invenção em forma de cone apresenta melhores propriedades mecânicas, quando são avaliados os dados da Tabela 2.

[083] O diafragma invenção apresenta maior compactação, conforme pode ser observado nos resultados dos ensaios de densidade, gramatura e espessura. Este é mais fino, mais denso e apresenta gramatura mais alta do que o diafragma controle, o que lhe confere propriedades diferenciadas de som. .

[084] O diafragma invenção também apresenta maior resistência à tração, a dobras duplas e módulo de Young mais elevado.

[085] Com isso fica comprovada a maior resistência mecânica do cone da invenção, que decorre da incorporação das fibras de juta e sisal. A presença destas ocasionou um efeito de reforço na matriz de celulose, permitindo que o diafragma invenção apresente melhores resultados nos ensaios mecânicos.

[086] Isto confirma o que foi citado anteriormente: as fibras de sisa! e juta são muito compatíveis com a matriz de celulose, devendo apresentar energias de superfície muito próximas, o que permite grande interação entre a fibra e a celulose.

[087] Como efeito desta interação o diafragma suporta esforços mecânicos maiores, pois ocorre a transferência de esforço da matriz para a fibra, que é muito mais forte e suporta mais o esforço mecânico. Isto pode ser observado quando se avalia a resistência à tração, onde o resultado do ensaio para o diafragma invenção é 22% maior que para o diafragma de controle.

[088] O mesmo tipo de desempenho pode ser observado quando são avaliados outros ensaios mecânicos, por exemplo, o módulo de Young, que traduz uma medida de rigidez do material. No caso também ocorreu um aumento desta propriedade de 23,5% quando comparado ao diafragma de controle, o que demonstra que a incorporação de fibras naturais como juta e sisal aumenta a rigidez do material.

[089] Outra propriedade analisada que reflete a incorporação e boa interação das fibras de celulose na matriz de celulose é o grande aumento percentual da resistência a dobras duplas que chegou a 1685%, demonstrando claramente que a incorporação das fibras de juta e sisal na matriz de celulose provoca um efeito bastante grande de reforço nesta propriedade avaliada.

[090] O único ensaio onde os dois cones tiveram propriedades similares foi o ensaio de flexão, onde se for considerado o desvio padrão os dois diafragmas tiveram resultados similares.

Ensaios funcionais

[091] Estes ensaios foram realizados com o intuito de avaliar o desempenho do cone em situações que simulem a utilização usual do alto-falante, com isso pode-se avaliar a resistência mecânica quando submetidos a esforços usuais da peça e avaliar características sonoras do alto-falante produzido com o novo modelo de cone. Para isso as peças foram submetidas a vários ensaios que são descritos a seguir:

Teste de Potência AES

[092] Este ensaio visa verificar a potencia elétrica em RMS que o alto-falante pode suportar, utilizando um sinal ruído Rosa. Este ensaio tem como resposta aprovado ou reprovado, ou seja, ou a peça suporta as condições de ensaio, tempo e ruído rosa estipulado ou é reprovada. No caso, os dois diafragmas suportaram as condições de ensaio e foram aprovados.

[093] Os resultados estão listados na Tabela 3 a seguir: TABELA 3

[094] Quando ocorre falha no ensaio, é descrita a causa da mesma, neste caso como não ocorreu falha não há nada a relatar.

Teste de Vida

[095] Este ensaio visa avaliar a vida útil do alto-falante a uma determinada potência elétrica, utilizando-se o sinal de programa musical. Na verdade é um ensaio de durabilidade. Este ensaio, assim como o anterior, tem como resposta, aprovado ou reprovado, ou seja, ou a peça suporta as condições de ensaio, tempo e programa musical estipulado ou é reprovada. No caso, os dois diafragmas suportaram as condições de ensaio e foram aprovados. Os resultados estão listados na Tabela 4 a seguir:

TABELA 4

Medição de parâmetros Thiele-Small

[096] A medição destes parâmetros fornece uma série de informações a respeito do desempenho do alto-falante.

[097] O resultado dos principais parâmetros medidos está listado na Tabela 5 a seguir: TABELA 5

[098] Todos são parâmetros importantes na análise, mas o foco será dado nos parâmetros que descrevem o comportamento das partes móveis, principalmente o diafragma (cone), pois ele é o tema do estudo.

[099] Os parâmetros analisados são os seguintes:

- FS;

- Mms: - Mmd;

- Qms;

- Qts;

[100] Avaliando inicialmente o parâmetro Fs, que é a frequência de ressonância das partes móveis do alto-falante. Em regra tem-se dificuldade em produzir frequências abaixo dele. No presente caso os valores desta propriedade ficaram quase iguais, pois a diferença de 1 Hz é muito pequena, demonstrando que os dois produtos têm uma resposta similar neste quesito.

[101] Em relação ao parâmetro Mms, que é a massa total móvel do alto-falante, incluindo o deslocamento de ar, é possível detectar que o Mms do conjunto que contém o diafragma invenção é 5% menor que o do diafragma de controle, indicando que com uma massa menor se consegue um resultado melhor de som, tendo com isso um aumento de eficiência do produto final. Este efeito se deve à adição de fibras vegetais juta e sisal na massa de celulose. A combinação de sisal e juta nos percentuais escolhidos permitiu uma redução de massa na ordem de 5% sem afetar o desempenho final do alto-falante.

[102] O parâmetro Mmd mede a massa do sistema móvel do alto- falante, sem o deslocamento de ar, em gramas. Assim, quanto menor o valor desta propriedade melhor deverá ser a eficiência do alto-falante. Assim, um conjunto móvel mais leve tem uma resposta mais eficiente (rápida) do que um conjunto móvel mais pesado, pois o mesmo necessitará mais energia para realizar o mesmo deslocamento. Neste caso, assim como no Mms tem-se uma diferença de 5% entre o diafragma invenção e o diafragma de controle, reproduzindo os resultados da propriedade anterior.

[103] Qms: Fator de qualidade mecânico para fs ao ar livre, considera apenas as perdas mecânicas. Quanto maior o valor de Qms, menos flexível será o conjunto móvel. Leva em consideração as propriedades mecânicas do falante, isto é, a suspensão externa (borda) e a centragem (aranha) que prende a bobina, responsáveis pela sustentação do diafragma (cone) a fim de manter o movimento linear dentro do gap. Os valores desta propriedade ficaram praticamente idênticos, quando são comparados o diafragma invenção com o diafragma controle, a diferença percentual entre eles é menor que 0,1 %. Isto informa que as outras partes móveis do alto-falante, com exceção do diafragma, estão com suas características muito similares e que os resultados observados nas medidas do diafragma realmente se referem a diferenças entre os diafragmas invenção e controle.

[104] Qts: Fator de qualidade total (mecânico e elétrico), descreve a qualidade ou característica total do falante que pode ser elétrica e mecânica. Nesta propriedade, assim como no Qms, é observada uma diferença percentual abaixo de 0,1 %, o que leva à conclusão de que os dois tipos de aito-falantes montados com o diafragma invenção e diafragma controle apresentam resultados similares.

Teste Auditivo

[105] Este ensaio estabelece a comparação auditiva entre dois aito- falantes montados em baffle infinito ou caixa acústica.

[106] Este tipo de ensaio é subjetivo, ou seja, é uma comparação baseada no som que é ouvido por pessoas especializadas em audição.

[107] Neste teste, devido ao critério utilizado, raramente existe a reprovação de um modelo de alto-falante, a não ser que o mesmo destoe muito no momento da reprodução musical do que é usualmente esperado, portanto apenas é estabelecida uma diferenciação entre os modelos testados. Este teste apresenta resultados apenas de forma qualitativa/comparativa entre aito-falantes. [108] No caso quando foi realizada a comparação dos alto-falantes montados com diafragma invenção e diafragma controle a diferença entre eles durante o programa de audição praticamente não existiu, tendo os dois um desempenho bastante similar, não se notando diferença auditiva perceptível durante os testes.

Curva de Resposta e Distorção Harmónica Total

[109] Este ensaio visa à obtenção da resposta de frequência, curva de amplitude e distorção harmónica dos alto-falantes testados. Nos ensaios realizados é avaliada até a 5 ^a harmónica, mas os resultados significativos são da harmónica fundamentai e a distorção harmónica (THD). Nestes ensaios de distorção harmónica, quanto menor o valor no gráfico melhor é a resposta do alto-falante.

[110] Na Figura 2 é mostrado um exemplo de série harmónica.

[111] Qualquer objeto ou corpo sólido, e mesmo as pequenas moléculas que formam os objetos macroscópicos, possuem certa vibração natural, uma "frequência característica". Isso ocorre porque os átomos possuem uma energia de vibração, uma propriedade explicada pela mecânica quântica e pela termodinâmica, que está associada à sua temperatura. Os físicos chamam essa energia de energia térmica. A combinação das frequências de todos os átomos cria um "padrão de vibração" que caracteriza os corpos, sejam eles musicais ou não.

[1 2] Entretanto, as frequências ligadas à música são criadas por um mecanismo diferente. É necessário "excitar", estimular externamente um corpo, para que ele emita um som. Em outras palavras, é necessário que se aplique uma força a esse corpo para que o elemento vibrante (que transmitirá a energia às moléculas de ar) seja colocado em movimento. Se movimentarmos um diapasão de garfo (batendo com ele na borda de uma mesa, por exemplo), o movimento das suas hastes empurra e comprime o ar com a mesma frequência com que elas vibram. No caso do diapasão típico, a frequência natural de vibração é de 440 ciclos por segundo, ou 440Hz. Esta frequência depende, como se pode imaginar, do tipo de materiai com o qual o diapasão é construído: densidade, rigidez, a constituição molecular, forma e uma enorme variedade de fatores.

[113] É possível exemplificar essa diferença pela comparação entre dois diapasões, feitos do mesmo material, com a mesma forma, mas modificando a separação entre as hastes. Eles vibrarão com frequências diferentes: e o que tiver menor separação entre as hastes vibrará mais rapidamente. Da mesma forma, se forem escolhidos outros dois com o mesmo materiai, forma e separação entre as hastes, mas com uma pequena diferença no comprimento das hastes, o que tem hastes mais longas vibrará mais lentamente.

[1 14] Na Figura 3 é mostrada a resposta de frequência do alto falante. É possível verificar que não há alterações significativas, com isso conclui-se que a resposta de frequência entre os cones da invenção (curva pontilhada) e do cone controle (curva tracejada) é igual.

[115] Conforme pode ser observado no gráfico da Figura 4, que representa a harmónica total, o cone da invenção (curva pontilhada) teve uma redução significativa na distorção harmónica total, nas frequências de 20 Hz a 40 Hz quando comparada com a curva tracejada do cone controle.