Na Parte 1 e na Parte 2 desta série, cobrimos as propriedades físicas das ondas sonoras e acústicas. Neste tutorial, aprendemos sobre a importância de converter som em sinais elétricos.
Como as ondas sonoras estão presentes na forma de vibração, elas primeiro devem ser convertidas eletricamente para serem processadas por circuitos eletrônicos. Como energia mecânica, o som deve ser representado com precisão como uma forma de onda elétrica (analógica) para qualquer operação de processamento de sinal bem-sucedida.
No meio aéreo, o dispositivo usado para converter ondas sonoras em sinais elétricos (áudio) provavelmente é familiar para você – é chamado de microfone.
O termo “microfone” foi cunhado pela primeira vez em 1875. É uma combinação de “microscópio”, em referência à ampliação de um item, e “telefone”, em relação à transmissão de som. Um microfone é um dispositivo que converte fala ou som em sinais elétricos. É usado para diversos fins, incluindo rádio, televisão, gravação, música ao vivo, VOIP e outros.
Como estoumicrofones funcionam
Um microfone é um tipo de transdutor, que é um dispositivo que converte uma forma de energia em outra. Mais especificamente, converte energia mecânica (formas de onda) em energia elétrica.
Um microfone típico
Microfones diferentes usam métodos diferentes para converter a energia, mas todos usam um diafragma, que é uma membrana fina que vibra na presença de ondas sonoras. Quando o diafragma vibra, isso normalmente afeta outro componente – como uma bobina em um microfone dinâmico ou uma placa em um microfone condensador.
A bobina, por exemplo, também está ligada a um ímã, que produz um campo magnético. Sempre que a bobina de um microfone dinâmico se move no campo magnético, ela cria uma corrente elétrica. Este sinal elétrico é produzido a partir do microfone, que é repassado ao amplificador (ou pré-amplificador).
Como os microfones usam um indutor (como a bobina) ou algum tipo de capacitor, eles não são puramente resistivos. Portanto, é importante notar que a resistência de um indutor e de um capacitor varia de acordo com a frequência do som – e microfones diferentes demonstrarão impedâncias diferentes com base na faixa de frequência.
Além disso, a resposta de frequência de um microfone depende da tecnologia de conversão do microfone.
Agora, vamos revisar como funcionam os diferentes tipos de microfones.
Classificação de microfones
Os microfones são normalmente categorizados com base em dois recursos: a tecnologia de conversão usada e sua aplicação.
Os tipos de tecnologia de conversão incluem:
1. Dinâmico
2. Condensador
3. Fita
4. Cristal
Microfones dinâmicos – Um microfone simples que utiliza uma bobina e um ímã para converter sons em sinais elétricos, baseado no princípio da indução eletromagnética. Uma bobina é fixada ao diafragma, que é circundado por um ímã permanente. Quando o diafragma vibra, a bobina anexada também vibra. Um sinal elétrico proporcional à vibração é então gerado.
- Prós: Econômico para projetar e durável
- Contras: Resposta de frequência não confiável (pelo menos em comparação com um condensador ou microfone de fita)
O funcionamento interno de um microfone dinâmico
Microfone condensador – Este tipo de microfone utiliza duas placas – uma é estacionária e a outra funciona como diafragma. Qualquer pressão sonora altera o espaçamento entre as duas placas, o que também altera a capacitância entre elas.
Essas placas são alimentadas por uma carga, representada pela seguinte equação:
Q = CV
Onde…
C = capacitância
V = tensão
Q = Carga entre as placas
Sempre que o espaço entre as placas muda, a carga Q é armazenada entre elas e isso provoca uma corrente numa resistência que está ligada em série com o condensador.
- Prós: Responde bem a uma faixa dinâmica de frequências
- Contras: Caro e requer uma fonte de alimentação para carregar as placas
O funcionamento interno de um microfone condensador
Microfone de fita – Esses microfones possuem uma fita metálica, suspensa entre um ímã permanente. Sempre que as ondas sonoras atingem a fita, ela vibra. Como a fita está num campo magnético, qualquer vibração induz uma tensão.
A tensão produzida é proporcional à velocidade da fita. A voltagem também é o sinal de áudio recebido do microfone.
- Prós: Adiciona impulso a qualquer baixo
- Contras: Suscetível a ruídos externos, como brisa ou vento
O funcionamento interno de um microfone de fita
Microfone de cristal – Este microfone usa material piezoelétrico para gerar a tensão. O material está preso a um diafragma. Quando o diafragma se move, ele deforma o material, gerando uma tensão.
A quantidade de deformação é proporcional à tensão gerada, que é recebida pelo microfone (como sinal de áudio). sempre que a tensão é removida do material, a tensão se dissipa.
- Prós: Produz uma grande corrente elétrica para um som de qualidade
- Contras: Resposta de frequência abaixo do ideal (mesmo comparado a um microfone dinâmico)
O funcionamento interno de um microfone de cristal
Aplicações de microfone
Os microfones têm diferentes propriedades direcionais, respostas de frequência e impedâncias. Esses dispositivos podem captar sons de uma direção ou de múltiplas direções (omnidirecional), dependendo de seus recursos e aplicação.
A forma como um microfone “capta” os sons é chamada de padrão. Em termos deste padrão, os microfones podem ser categorizados da seguinte forma…
1. Omnidirecional – pode captar som de todas as direções
2. Bidirecional – pode captar o som da frente e de trás do microfone, mas não das laterais
3. Unidirecional – só pode captar som de uma direção, que é a frente do microfone
Os microfones também exibem um dos três padrões polares distintos. Um padrão polar é um gráfico visual que indica a sensibilidade de um diafragma em diferentes ângulos.
Combinando a propriedade direcional e o padrão polar, o padrão de “captação” de um microfone é determinado. O padrão de captação refere-se à sensibilidade do diafragma e demonstra quão bem um microfone capta sons de diferentes direções e ângulos.
Em termos de seu padrão de captação, os microfones podem ser categorizados da seguinte forma…
O microfone em forma de oito.
1. Omnidirecional – sensível a todas as direções em todos os ângulos, igualmente.
2. Bidirecional ou em forma de oito – sensível a duas direções opostas, que são a frente e a traseira ou os lados esquerdo e direito do microfone. Essa sensibilidade é igual em todos os ângulos.
3. Cardióide – extremamente sensível na frente do microfone, com sensibilidade decrescente nas laterais e muito pouca na parte traseira. Eles fornecem isolamento de ruídos ambientais indesejados e são ideais para sons altos.
Símbolo representando microfones cardióides, bem como microfones hiper, sub e supercardióides.
4. Hipercardióide ou mini espingarda – sensível na frente e atrás, mas com uma faixa estreita de ângulos na frente.
5. Meio ou subcardióide – sensível na frente com menor sensibilidade em todas as outras direções – que é uma mistura de microfone cardióide e omnidirecional. Eles são ideais para uso quando a fonte de áudio está em movimento e nunca está parada.
6. Supercardióide ou espingarda – ângulos de sensibilidade estreitos no frente e ainda mais na parte de trás. Esses microfones são bom em captar sons precisos.
7. Lobar ou unidirecional – microfones fortes e direcionais com padrões de captação estreitos. Eles são bastante específicos e são usados principalmente para produção de vídeo.
Símbolo de um microfone unidirecional.
Níveis de linha
O nível de saída de um microfone é um sinal extremamente fraco (apenas -60 dBm). No entanto, a intensidade da saída pode ser aumentada usando um pré-amplificador (também conhecido como pré-amplificador), que ajusta o sinal de entrada para o nível de linha.
O nível de linha é a intensidade padrão de um sinal de áudio necessária para transmitir o sinal entre fontes de áudio para amplificadores, rádios, TV, DVD players, etc. A tensão típica do nível de linha é de 0,316 a 1,228 V.
Portanto, um circuito de pré-amplificador é necessário no circuito de um microfone para converter seu nível em nível de linha.
No próximo tutorial, discutiremos outra parte importante de um sistema de áudio: os alto-falantes.
