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SESIÓN 2

TEMA: MICRÓFONOS parte 1. Clasificación y especificaciones

I.-OBJETIVOS DE LA SESIÓN: El alumno al finalizar esta sesión deberá:

• Clasificar micrófonos según su transducción. • Explicar las características técnicas de micrófonos.

II.-TEMA:

MICRÓFONOS parte 1. Clasificación y especificaciones

Definitivamente ya tenemos claro qué es un micrófono y cuál es su función dentro de una cadena electroacústica, sin embargo, en esta sesión reforzaremos los conocimientos ya adquiridos en las asignaturas de electroacústica. Si bien muchos conceptos de esta sesión fueron abordados con anterioridad, en este caso serán tratados de otro modo y de forma bastante más simple.

I. Clasificación de micrófonos Estos pueden ser clasificados en dos grandes familias; si deseamos explicar las distintas directividades de los micrófonos tendremos la transducción acústica-mecánica, y si deseamos explicar la eficiencia de los micrófonos en términos de transformar movimiento en electricidad tendremos la transducción mecano-eléctrica.

Clasificación según transducción acústica-mecánica

Micrófono de presión: Con este tipo de micrófonos se logra el patrón polar omnidireccional, es decir, posee la misma sensibilidad en todos los ángulos de incidencia. Esto se logra dejando el diafragma del micrófono expuesto a las ondas sonoras sólo por una de sus caras, respondiendo simplemente a cualquier diferencia de presión que se produzca. Se pueden considerar estos micrófonos omnidireccionales cuando las dimensiones del diafragma son pequeñas comparadas con la longitud de onda incidente. Sólo a frecuencias muy altas, donde el tamaño del diafragma es mayor a la longitud de onda, se producen atenuaciones en determinadas direcciones por fenómenos de interferencia. Micrófonos de Gradiente de presión (Velocidad): Con este tipo de transducción se puede lograr el patrón polar bidireccional o figura 8. En este caso el diafragma está expuesto al sonido por ambas caras. Entonces es sometido a dos ondas de presión, una que incide directamente y otra que recibe por la cara opuesta, que llega con un desfase respecto a la primera. Entonces la fuerza sobre el diafragma es, en este caso, proporcional a la gradiente o derivada direccional de la presión. Además, puesto que la velocidad de partículas en una onda es proporcional al gradiente de la presión, a este tipo de micrófonos se les llama también de velocidad. Micrófonos de combinación de presión y gradiente: Con este tipo de transducción podemos obtener múltiples patrones polares como el cardioide, supercardioide u otros. La parte frontal del diafragma por lo general está expuesta completamente al frente sonoro, mientras que la parte trasera se encuentra parcialmente expuesta, respondiendo entonces tanto a la presión como a su gradiente.

Clasificación según transducción Mecano-eléctrica Micrófonos Electroresistivos (micrófonos de carbón): Hoy en día están prácticamente obsoletos, sin embargo durante el desarrollo de la telefonía y las comunicaciones fueron bastante importantes. Se caracterizaban por tener una sensibilidad elevada (utilizando un preamplificador), un rango dinámico limitado, y un rango de frecuencia estrecho, pero útil para transmitir mensajes de voz. Está compuesto por una cápsula que contiene gránulos de carbón presionados entre dos placas conductoras. Un voltaje es aplicado a través de estas placas, haciendo circular una corriente aprovechando la conductividad del carbón. Una de las placas es comprimida por el diafragma que vibra producto de las ondas sonoras incidentes, variando la compresión del carbón, y por lo tanto, variando la resistencia eléctrica del conjunto de los gránulos de carbón. Esto genera finalmente un voltaje variable proporcional a la presión sonora incidente sobre el diafragma.

Figura N° 1: Micrófono de carbón.

Micrófonos electromagnéticos (dinámicos): Dentro de esta clasificación podemos encontrar el micrófono de bobina móvil y al de cinta.

Bobina móvil: Este micrófono está construido con un diafragma, generalmente de mylar de 2 a 3 mg, que tiene acoplada una bobina. Entonces al moverse el diafragma producto de las ondas sonoras incidentes, la bobina se pondrá en movimiento. Esta bobina móvil, por lo general de cobre, está dentro de un entrehierro magnético que produce un campo magnético constante. Entonces, al ser desplazada la bobina, esta percibe una variación en el campo magnético, induciéndose en ésta una corriente proporcional al movimiento del diafragma producto de la presión sonora.

El hecho de que la bobina esté acoplada al diafragma resulta en una masa considerable que debe ser movida por la onda sonora.

Figura N° 2: Micrófono de bobina móvil.

Debido a su relativamente simple construcción, son por lo general más económicos y resistentes que otros micrófonos. Estos pueden brindarnos un buen sonido en general, soportando nivel de presión sonora muy altos, considerándose muy difícil distorsionarlos. Además no son demasiado sensibles a la humedad o temperatura, siendo muy utilizado para condiciones de uso extremos como el refuerzo sonoro.

Cinta: Este micrófono dinámico es más sencillo aún, que consiste en un conductor plano suspendido en un campo magnético. La gran diferencia entre éste y el de bobina móvil, es que el elemento conductor es también el diafragma, entonces la masa que debe desplazar la onda sonora es bastante menor. Antiguamente no soportaban grandes niveles de presión sonora, y no poseían una buena respuesta de frecuencia, sin embargo, hoy en día poseen características similares a los micrófonos de condensador. El voltaje inducido en el conductor se le aplica a un transformador que adapta su impedancia. Su aplicación hoy en día es

prácticamente exclusiva de estudio de grabación debido a su fragilidad.

Figura N° 3: Micrófono de cinta.

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Micrófonos electroestáticos: Dentro de esta clasificación podemos encontrar el de condensador, electret y piezoeléctrico.

Condensador: En este micrófono el diafragma es un material conductor muy delgado que se encuentra suspendido muy cerca de otra placa fija. De este modo se forma un condensador, cuya capacidad cariará con los cambios de distancia entre la placa fija y la móvil que es el diafragma, ocasionados por la presión sonora. Estos micrófonos necesitan de unan fuente de polarización externa, llamada phantom power, para funcionar que generalmente oscila entre 9 y 52 V.

Figura N° 4: Micrófono de condensador.

Estos micrófonos al ser más complejos, son bastante delicados y costosos comparados con los de bobina móvil. Además se ven claramente afectados por la temperatura y la humedad, que puede producir problemas pasajeros de ruido. Por otro lado poseen una gran sensibilidad y una respuesta de frecuencia que le permite captar los sonidos con mayor naturalidad. Es muy importante notar que los micrófonos de condensador dependen bastante del tamaño de su diafragma, entonces entre más grande este, la respuesta de frecuencia es menor y sus sensibilidad mayor. Por lo general para mediciones se prefieren micrófonos de diafragma pequeño, debido a su respuesta de frecuencia, pero para aplicaciones de estudio de grabación se prefiere el de diafragma grande debido a su sensibilidad, utilizando menores etapas de amplificación y por lo tanto generando menos ruido.

Electret: Este es un micrófono de condensador, pero la gran diferencia consiste en que no necesita

del phantom power, ya que lo tiene incorporado. Sin embargo es necesario utilizar una pila o batería para hacer funcional el preamplificador que tiene en su interior.

Piezoeléctrico: Este se basa en la propiedad que tienen algunos materiales de producir un voltaje

cuando son deformados. Es bastante utilizado para instrumentos acústicos o para aplicaciones de ultrasonido.

II. Especificaciones técnicas de micrófonos

Sensibilidad


La sensibilidad es la capacidad que poseen los micrófonos de transformar energía acústica en electricidad. Para poder comparar la sensibilidad entre micrófonos es necesario medirla en las mismas condiciones, entonces se define como la relación existente entre el voltaje eficaz, obtenido en la salida del micrófono a circuito abierto y la presión sonora expresada en pascales que actúa en el diafragma a 0º y a 1KHz. La presión utilizada es un pascal o 94dB (No necesariamente a un metro de distancia). Los métodos más comunes de expresarla es la relación voltaje/presión ó en dBV. Por ejemplo: 3mV/Pa ó -50.5 dB (Re: 1V/Pa) Existen otros modos de expresarlos pero son menos comunes. Desde el punto de vista del diseño de sistemas de audio, es fundamental considerar esta especificación, pues podría ser fundamental a la hora de captar ciertas fuentes sonoras en algunos ambientes en particular.

Respuesta de frecuencia Es la sensibilidad del micrófono pero respecto a las distintas frecuencias del espectro audible. Obviamente para que un micrófono capte fielmente una fuente sonora debiera tener la misma sensibilidad para todas las frecuencias, es decir, respuesta plana.

Figura N° 5: respuesta de frecuencia del micrófono Electrovoice RE27N/D.

Recuerde que la respuesta de frecuencia que necesitemos dependerá de la fuente sonora a captar o la combinación de varias de éstas. Esto es importantísimo pues no sería necesario gastar demasiado dinero comprando un micrófono con una respuesta plana y extendida para aplicaciones donde se busque sólo la distribución de mensajes hablados, además que con un rango de frecuencia limitado podremos evitar además todos los ruidos no deseados que estén fuera del rango de la voz humana.

Patrón polar Es una característica muy importante de los micrófonos, y es la sensibilidad que posee este respecto al ángulo de incidencia del sonido. De este modo podremos saber en que dirección recoge los sonidos y en cual los rechaza. Se dice que un micrófono posee un patrón polar, por ejemplo cardioide, cuando su directividad es de este tipo para la frecuencia de 1KHz.


Figura N° 6: Patrones polares típicos.

Figura N° 7: Patrón polar de micrófono AKG Solid Tube.

A la hora de realizar algún diseño, esta especificación también es fundamental.


Impedancia Ya sabemos que la impedancia es la propiedad que posee un elemento o circuido de oponerse al paso de la corriente. La impedancia interna de un micrófono depende de la construcción de este. Además debemos tener claro que se eligen impedancias de micrófono al menos 10 veces más pequeñas que la impedancia de la entrada de las consolas o preamplificadotes, debido a que se busca transferirla mayor parte del voltaje generado por le micrófono, consiguiendo una buena relación señal ruido y sin alterar la respuesta de frecuencia. La impedancia varía con la frecuencia, pues tiene componentes reactivas, sin embargo, por lo general la impedancia de los micrófonos es medida a 1 Khz (no confundir con la medición de impedancia de los altavoces que es distinta) Podemos clasificar los micrófonos en:

Hi Z (Alta impedancia): Poseen impedancias mayores a 1000 Ohms. Poseen un gran voltaje de salida, pero muy poco de este llega a la consola.

Lo Z (Baja impedancia): Poseen impedancias menores a 600 Ohms, y permiten una buena transferencia de voltaje.

Se debe tener bastante cuidado con la adaptación de impedancias, pues un micrófono de alta impedancia conectado por medio de un cable de longitud superior a 10 metros podría tener una pérdida notable en frecuencias altas, cosa que no se produce en los micrófonos Lo Z, que con cables de buena calidad no perderían estas frecuencias incluso con distancias de hasta 100 metros.

III. Conexiones balanceadas, cables y conectores asociados a micrófonos

Conexión no balanceada

Las conexiones no balanceadas, conocidas también como línea no balanceada o no equilibrada.

Se trata de una conexión de audio en el que el retorno de la señal (cold, frío o simplemente terminal negativo) se produce a través de la malla exterior que cubre el conductor que envía la señal (vivo, hot o positivo), protegiéndolo parcialmente contra la inducción de campos electromagnéticos externos.

Por lo general estas conexiones se realizan por medio de plugs TS o RCA, sin embargo, el hecho de que las conexiones se realicen por medio de plugs TRS o XLR-3 no nos asegura que estemos utilizando conexiones balanceadas.

Normalmente, las conexiones no balanceadas no se utilizan para el audio profesional, debido a que cables de gran longitud, se verían afectados por el efecto acumulativo de las interferencias puede producir un nivel de ruido altísimo.

Entonces para la conexión de micrófonos es inadmisible una conexión no balanceada.

Conexión balanceada

El término conexión balanceada viene de balance o equilibrio, por esto también se le conoce como línea equilibrada. YA sabemos que las conexiones balanceadas las debemos realizar por medio de transformadores o electrónicamente.

En una conexión balanceada, tanto el camino de ida (señal + vivo, o hot) como el retorno (señal – vivo o cold) lo forman conductores idénticos independientes que van cubiertos por la malla del cable, por lo que la pantalla no


forma parte del circuito de audio. Esta pantalla protege parcialmente contra la inducción de campos electromagnéticos externos.

Este tipo de conexión ayuda a reducir el ruido que se produce debido a la inducción de campos electromagnéticos, ya que si una interferencia logra atravesar la malla, inducirá una corriente de la misma magnitud en ambos conductores, viajando en modo común. Por otro lado la señal de audio es trasmitida en modo diferencial, es decir en ambos conductores (+ y -) se transmiten de forma idénticas pero desfasadas en 180º. Luego las entradas rechazarán las señales en modo común y aceptarán las señales en modo diferencial.

La Razón de Rechazo en Modo Común es conocida como CMRR y nos indica la cantidad de decibeles que es atenuada la señal que recibe una entrada balanceada y que viaja en modo común.

Esta buena respuesta ante el ataque de interferencias es la razón por la que las líneas balanceadas se utilizan en el campo profesional. Los conectores más utilizados para este tipo de conexiones son los XLR-3, y los plugs TRS. También existen los bloques de terminales (euroblocks) que son más utilizados en equipos de rack para instalaciones fijas.

IV. Phantom Power (9 a 52V)

Los micrófonos de condensador, requieren corriente continua para funcionar (hay que alimentar las placas del condensador y a su amplificador), entonces se les puede proporcionar el voltaje que necesitan desde la propia consola o por medio de otro dispositivo externo.

La particularidad de esta alimentación de los micrófonos, es que la energía no se transporta a través del conducto tradicional, es decir, el típico cable de alimentación con su enchufe, sino que se utiliza el propio cable del micrófono para proporcionarle el voltaje.

Según las normas IEC (Internacional Electrotechnique Comite) y DIN (Deutshe Industrie Norm) se especifican dos tipos de alimentación para micrófonos: Fantasma (Phantom power) y la A-B (llamada también T power).

Por lo general el phantom power no daña a los micrófonos de bobina móvil balanceados conectados a ellas, sin embargo la alimentación A-B si lo podría hacer. III.-ACTIVIDAD PREVIA:

Leer: phantom power and bias voltage: is there a difference? en http://www.shure.com/support/technotes/app-phantom1.html

¿Cuál es la diferencia entre el phantom power, la alimentación A-B y la alimentación BIAS? IV.-METODOLOGÍA DE LA SESION: El docente en una breve exposición, apoyado por los alumnos, describe los distintos tipos de micrófonos, según sus tipos de transducción y especificaciones Se sugiere la técnica de lluvia de ideas para encontrar aplicaciones de estos según sensibilidad, respuesta de frecuencia y patrón polar. V.-LECTURA POST SESIÓN: Actividad de carácter obligatorio. En esta ocasión no se solicita una lectura post sesión, sin embargo, dado el conocimiento previo del alumno sobre este tema:

Explique los conceptos efecto de proximidad, nivel de ruido equivalente y distorsión en un micrófono. Explique tierra telescópica. ¿Para qué se utiliza? ¿Qué se debe hacer al tener un cable que en un extremo posee una conexión balanceada y en otro

una desbalanceada?

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