Princípio do captador elétrico de guitarra

Visão Geral

As guitarras elétricas surgiram com o desenvolvimento da eletrônica, buscando atender ao desejo de violonistas em tocar para plateias maiores.

A guitarra elétrica, por ser maciça, não é dotada de caixa de ressonância, portanto, é necessário que possua um dispositivo conhecido como captador, que gera o sinal elétrico correspondente ao som, para posteriormente ser amplificado e reproduzido. [1,2,3]

O captador é composto por um indutor com um imã permanente dentro (a estrutura básica é mostrada na fig. 1). O imã cria um dipolo magnético em cada corda, na região imediatamente acima do captador. Então, para que a guitarra funcione é necessário que as cordas sejam de material ferromagnético. [2,3]

Quando a corda é deslocada na direção perpendicular ao plano do corpo da guitarra, há variação de campo magnético na região onde se encontra a bobina, devido à magnetização da corda. Tal variação, por unidade de área, representa uma mudança no fluxo magnético. A variação do fluxo magnético, pela lei da indução de Faraday, provoca uma força eletromotriz induzida, e, portanto, uma corrente elétrica. A corda oscila se afastando e se aproximando da bobina, então a corrente induzida varia de sentido com a mesma frequência da oscilação da corda. Este sinal pode ser amplificado e reproduzido por alto-falantes. [2,3]

Figura 1 – Vista lateral de um captador elétrico e uma corda de guitarra.Fonte: Serway, R.A. JEWETT, J. W. 984 p

Algumas guitarras podem possuir pré-amplificadores internos e filtros passivos variáveis para controlar o range de frequência e tornar o som mais grave (frequências mais baixas) ou mais agudo (frequências mais altas). [2]

Análise

Michael Faraday (1971 – 1809), inglês, foi o físico que teve a perspicácia de perceber qual grandeza física deveria sofrer variação para que fosse induzida força eletromotriz. Postulou que uma fem é induzida na bobina quando o número de linhas de campo magnético que a atravessarem estiver variando. [3,5]

Com a corda em repouso, não há variação de campo magnético e, portanto não há produção de som, como é esperado. No toque do guitarrista ocorre o distanciamento da corda, devido ao movimento realizado no plano paralelo à bobina. O distanciamento causa diminuição no número de linhas de campo magnético no interior da bobina, ou seja, cria um fluxo magnético (ΦB), que, segundo a eq. 1 (onde N é o número de espiras) produz uma fem na bobina.

Equação 1

O sinal negativo da equação, dado pela Lei de Lenz, significa que na espira fechada surgirá uma corrente induzida em um sentido que se oporá à variação que a produziu. [3]

Na eq. 1 observa-se que quanto maior o valor de N, maior o módulo da fem. O aumento no número das espiras aumenta a sensibilidade da guitarra à vibração provocada pelo guitarrista, pois quanto maior a fem, menor será a amplificação a ser realizada por circuitos eletrônicos próprios, diminuindo as distorções do sinal elétrico entre a entrada (guitarra) e a saída (alto-falante).

A vibração de uma corda pode ser modelada conforme a eq. 2. Ela considera um modelo linear, a superposição de modos ortogonais de mesmas frequências, onde cada modo, de frequência e direção próprias funciona isoladamente de forma semelhante a um oscilador de uma partícula unidimensional.

Equação 2

Em (eq. 2), y é o deslocamento vertical da corda em função da posição horizontal x naquele ponto e do instante t. ωn, An e αn são valores arbitrários para, respectivamente, frequência angular, amplitude e taxa de decaimento. Esta possui valor negativo devido à perda de energia. [2]

Espera-se que o conjunto dos pontos y(x,t) forme uma curva semelhante (com diferenças apenas na amplitude) da formada pelo conjunto dos pontos i(t), onde i é a corrente induzida.

A corrente i, após devidamente amplificada e distorcida (se for do desejo do guitarrista) é convertida em som por meio de um alto-falante.

Referências

[1] WERNECK, N. L. DAMIANI, F. Observação de acoplamentos entre modos de vibração ortogonais em uma guitarra elétrica. In: Brazilian Symposium on Computer Music, 11, 2011, São Paulo, SP, Brasil.
[2] WERNECK, N. L. Análise da distorção musical de guitarras elétricas. 2007. 118f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica – AC: eletrônica, microeletrônica e optoeletrônica). Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação. Universidade Estadual de Campinas. Campinas, SP.
[3] HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J. Fundamentos de Física, 4ª Ed., Rio de Janeiro: LTC, 1993. Volume 3.
[4] SERWAY, R. A. JEWETT, J. W. Physics for Scientists and Engineers.  6 ed. 984 p.
[5] Michael Faraday. Disponível em: < http://www.ifi.unicamp.br/~ghtc/Biografias/
Faraday/Faraday3.htm>. Acesso em: 6 ago. 2011.

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