En la Parte 1 y la Parte 2 de esta serie, cubrimos las propiedades físicas del sonido y las ondas acústicas. En este tutorial, aprendimos sobre la importancia de convertir el sonido en señales eléctricas.
Dado que las ondas sonoras están presentes en forma de vibración, primero deben convertirse eléctricamente para ser procesadas por circuitos electrónicos. Como energía mecánica, el sonido debe representarse con precisión como una forma de onda eléctrica (analógica) para que cualquier operación de procesamiento de señales tenga éxito.
En el aire, el dispositivo que se utiliza para convertir ondas sonoras en señales eléctricas (audio) probablemente le resulte familiar: se llama micrófono.
El término "micrófono" se acuñó por primera vez en 1875. Es una combinación de "microscopio", en referencia a la ampliación de un objeto, y "teléfono", en referencia a la transmisión de sonido. Un micrófono es un dispositivo que convierte el habla o el sonido en señales eléctricas. Se utiliza para diversos fines, incluidos radio, televisión, grabación, música en vivo, VOIP y otros.
¿Cómo funcionan los micrófonos?
Un micrófono es un tipo de transductor, que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. Más concretamente, convierte la energía mecánica (formas de onda) en energía eléctrica.
Un micrófono típico
Diferentes micrófonos utilizan diferentes métodos para convertir energía, pero todos utilizan un diafragma, que es una membrana delgada que vibra en presencia de ondas sonoras. Cuando el diafragma vibra, normalmente afecta a otro componente, como una bobina en un micrófono dinámico o una placa en un micrófono de condensador.
La bobina, por ejemplo, también está conectada a un imán, que genera un campo magnético. Siempre que la bobina de un micrófono dinámico se mueve en el campo magnético, crea una corriente eléctrica. Esta señal eléctrica se produce desde el micrófono, que se transmite al amplificador (o preamplificador).
Debido a que los micrófonos usan un inductor (como la bobina) o algún tipo de capacitor, no son puramente resistivos. Por lo tanto, es importante tener en cuenta que la resistencia de un inductor y un condensador varía según la frecuencia del sonido, y diferentes micrófonos mostrarán diferentes impedancias según el rango de frecuencia.
Además, la respuesta de frecuencia de un micrófono depende de la tecnología de conversión del micrófono.
Ahora, repasemos cómo funcionan los diferentes tipos de micrófonos.
Clasificación de micrófonos
Los micrófonos normalmente se clasifican según dos características: la tecnología de conversión utilizada y su aplicación.
Los tipos de tecnología de conversión incluyen:
1. Dinámico
2. condensador
3. Cinta
4. cristal
Micrófonos dinámicos : un micrófono simple que utiliza una bobina y un imán para convertir sonidos en señales eléctricas, según el principio de inducción electromagnética. Se adjunta una bobina al diafragma, que está rodeado por un imán permanente. Cuando el diafragma vibra, la bobina adjunta también vibra. Entonces se genera una señal eléctrica proporcional a la vibración.
- Ventajas: Diseño económico y duradero.
- Desventajas: Respuesta de frecuencia poco confiable (al menos en comparación con un micrófono de condensador o de cinta)
El funcionamiento interno de un micrófono dinámico
Micrófono de condensador: este tipo de micrófono utiliza dos placas: una es fija y la otra funciona como diafragma. Cualquier presión sonora cambia el espacio entre las dos placas, lo que también cambia la capacitancia entre ellas.
Estas placas están alimentadas por una carga, representada por la siguiente ecuación:
Q = VC
Dónde…
C = capacitancia
V = voltaje
Q = Carga entre las placas
Siempre que cambia el espacio entre las placas, la carga Q se almacena entre ellas y esto provoca una corriente en una resistencia que está conectada en serie con el capacitor.
- Ventajas: Responde bien a un rango dinámico de frecuencias
- Desventajas : Caro y requiere una fuente de alimentación para cargar las tarjetas.
El funcionamiento interno de un micrófono de condensador
Micrófono de cinta : estos micrófonos tienen una cinta metálica suspendida entre un imán permanente. Cada vez que las ondas sonoras golpean la cinta, ésta vibra. Como la cinta se encuentra en un campo magnético, cualquier vibración induce un voltaje.
El voltaje producido es proporcional a la velocidad de la cinta. El voltaje también es la señal de audio que se recibe del micrófono.
- Pros: Agrega realce a cualquier bajo
- Desventajas: Susceptible al ruido externo como la brisa o el viento
El funcionamiento interno de un micrófono de cinta
Micrófono de cristal : este micrófono utiliza material piezoeléctrico para generar voltaje. El material está unido a un diafragma. Cuando el diafragma se mueve, deforma el material generando tensión.
La cantidad de deformación es proporcional al voltaje generado, que recibe el micrófono (como una señal de audio). Siempre que se elimina la tensión del material, la tensión se disipa.
- Ventajas: Produce una gran corriente eléctrica para un sonido de calidad.
- Contras: Respuesta de frecuencia subóptima (incluso en comparación con un micrófono dinámico)
El funcionamiento interno de un micrófono de cristal
Aplicaciones de micrófono
Los micrófonos tienen diferentes propiedades direccionales, respuestas de frecuencia e impedancias. Estos dispositivos pueden capturar sonidos desde una dirección o desde múltiples direcciones (omnidireccionales), según sus características y aplicación.
La forma en que un micrófono “capta” los sonidos se llama patrón. En términos de este estándar, los micrófonos se pueden clasificar de la siguiente manera...
1. Omnidireccional: puede capturar sonido desde todas las direcciones
2. Bidireccional: puede captar el sonido desde la parte delantera y trasera del micrófono, pero no desde los lados.
3. Unidireccional: solo puede capturar sonido desde una dirección, que está frente al micrófono.
Los micrófonos también muestran uno de tres patrones polares distintos. Un patrón polar es un gráfico visual que indica la sensibilidad de un diafragma en diferentes ángulos.
Combinando la propiedad direccional y el patrón polar, se determina el patrón de “captación” de un micrófono. El patrón de captación se refiere a la sensibilidad del diafragma y demuestra qué tan bien un micrófono captura sonidos desde diferentes direcciones y ángulos.
En términos de su patrón de captación, los micrófonos se pueden clasificar de la siguiente manera…
El micrófono en forma de ocho.
1. Omnidireccional : sensible a todas las direcciones en todos los ángulos, por igual.
2. Bidireccional o en forma de ocho : sensible a dos direcciones opuestas, que son la parte delantera y trasera o los lados izquierdo y derecho del micrófono. Esta sensibilidad es la misma en todos los ángulos.
3 . Cardioide: extremadamente sensible en la parte frontal del micrófono, con sensibilidad decreciente en los lados y muy poca en la parte posterior. Proporcionan aislamiento del ruido ambiental no deseado y son ideales para sonidos fuertes.
Símbolo que representa micrófonos cardioides, así como micrófonos hiper, sub y supercardioides.
4. Hipercardioide o mini escopeta: sensible en la parte delantera y trasera, pero con una gama estrecha de ángulos en la parte delantera.
5. Medio o subcardioide – sensible en el frente con menos sensibilidad en todas las demás direcciones – que es una mezcla de micrófono cardioide y omnidireccional. Son ideales para usar cuando la fuente de audio está en movimiento y nunca estacionaria.
6. Supercardioide o escopeta: ángulos de sensibilidad estrechos en la parte delantera y aún más en la parte trasera. Estos micrófonos son buenos para captar sonidos precisos.
7. Lobares o unidireccionales: micrófonos direccionales potentes con patrones de captación estrechos. Son bastante específicos y se utilizan principalmente para la producción de vídeos.
Símbolo de un micrófono unidireccional.
Niveles de línea
El nivel de salida de un micrófono es una señal extremadamente débil (sólo -60 dBm). Sin embargo, la intensidad de salida se puede aumentar utilizando un preamplificador (también conocido como preamplificador), que ajusta la señal de entrada al nivel de línea.
El nivel de línea es la intensidad estándar de una señal de audio necesaria para transmitir la señal entre fuentes de audio a amplificadores, radios, televisores, reproductores de DVD, etc. El voltaje de nivel de línea típico es de 0,316 a 1,228 V.
Por lo tanto, se requiere un circuito preamplificador en un circuito de micrófono para convertir su nivel a nivel de línea.
En el próximo tutorial, analizaremos otra parte importante de un sistema de audio: los parlantes.