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6.1-Definición y tipos de transductor.

6.2-Características.

6.3-Directividad y diagramas polares.

 

6.1- DEFINICIÓN Y TIPOS DE TRANSDUCTOR.

 

Un micrófono es un dispositivo capaz de convertir la energía acústica en energía eléctrica. El valor de la tensión de la energía eléctrica es proporcional a la presión ejercida en el micrófono en forma de energía acústica. Es decir, se mantiene una proporcionalidad entre las magnitudes de las energías, la que actúa (acústica) y la que resulta (eléctrica). Al dispositivo capaz de convertir una energía en otra, se le llama transductor. Existen diferentes tipos de transductor. La primera clasificación y más importante que se hace de los micrófonos es según el tipo de transductor en el que se basan. Existen dos principios de transducción sobre los que se basan los micrófonos: la inducción magnética y la variación de capacidad.

Micrófonos de inducción magnética.

Son conocidos como micrófonos dinámicos o de bobina móvil. Se basan en una pieza magnética que crea un campo magnético permanente y un diafragma pequeño y ligero en el que va montado o acoplado una bobina de cable. La energía acústica, manifestada como presión cambiante, mueve el diafragma y en la bobina adosada, que está inmersa en un campo magnético, se crea una diferencia de potencia eléctrico (voltaje) en sus extremos. El movimiento de la bobina, en el interior de un campo magnético hace que en los bornes de la misma, se produzca una variación de la tensión proporcional a la aceleración, si el diafragma se desplaza lentamente la tensión generada será pequeña, si el diafragma se desplaza rápidamente la tensión será mayor.

Micrófonos de capacidad variable

Conocidos comúnmente como micrófonos de condensador. Consisten en dos placas metálicas paralelas separadas por un pequeño espacio. La placa frontal suele ser de plástico metalizado y hace de diafragma, es ligera para poder ser movida por la presión acústica. La placa trasera está fija. Estas dos placas juntas forman un condensador. Un condensador es un componente capaz de almacenar energía eléctrica. Al ser movida la placa frontal por acción de la energía acústica, la capacidad del condensador varía, produciendo una variación de la tensión en función de la señal acústica. La señal de salida es muy pequeña y la salida del condensador es de muy alta impedancia por lo que necesitan de un pre-amplificador. El pre-amplificador es un circuito electrónico que aumenta los valores de la señal eléctrica que produce el condensador (amplifica) y que adapta la impedancia de salida del condensador a valores más manejables. Debido a que los condensadores de estos micrófonos necesitan una tensión de polarización y que los pre-amplificadores necesitan una tensión de alimentación, los micrófonos de condensador tienen una fuente de alimentación llamada fantasma o “phantom”. En otros casos, el cuerpo del micrófono incorpora las baterías o es la mesa de mezclas a la que va conectado la que proporciona esta tensión. La tensión de alimentación es una tensión continua que se transmite por el mismo cable por el que el micrófono transmite la señal de audio. La señal de audio es variante y la de alimentación continua, por lo que no interfieren y se separan mediante un simple transformador. Algunos micrófonos de condensador tienen un diafragma electret cuyo material le permite mantener constante la tensión de polarización, lo que elimina la necesidad de una tensión de polarización externa. De este modo una pequeña batería que alimente el pre-amplificador es todo lo necesario, haciendo estos micrófonos más compactos y pequeños. Los micrófonos de los ordenadores personales son electret.

 

6.2-CARACTERÍSTICAS.

Respuesta en frecuencia.

El concepto está explicado en el apartado 4.1 Equipos de audio; Calidad de audio. La respuesta en frecuencia es una característica muy importante en un micrófono. Cuando se habla de margen de frecuencia, se entiende por aquella zona de la respuesta en frecuencia en el cual el micrófono reproduce con el mismo nivel, con una variación máxima de ±3 dB. Es muy común hablar de respuesta en frecuencia en lugar de margen de frecuencia, incluso en textos técnicos.

 

Respuesta en frecuencia de un micrófono.

En la gráfica se muestra la respuesta en frecuencia de un micrófono para todo el espectro de audio. El margen de frecuencia aproximado sería el comprendido entre los 50Hz y los 15kHz, con una variación de ±3dB. Debido al pequeño tamaño de los diafragmas de los micrófonos y su pequeña masa, la mayoría de los micrófonos tienen un amplio margen de frecuencia en el espectro de audio (20Hz – 20KHz). Lo contrario ocurre con los altavoces, donde es necesario emplear varios para cubrir todo el espectro de audio

 

6.3 DIRECTIVIDAD Y DIAGRAMAS POLARES

Directividad.

Es la capacidad que tiene un micrófono de recoger señal en función de la orientación relativa de la fuente sonora. La directividad indica cuanto más o menos señal captará un micrófono de una misma fuente sonora a una distancia constante, en función de dirección a la que “apunte” el micrófono. Podemos decir por tanto que es una variable que depende de los tres ejes espaciales. La directividad se representa gráficamente mediante los diagramas polares o de directividad. Estos diagramas representan la forma en que el micrófono “oye” en función de la dirección. Los animales, para escuchar mejor un sonido giramos la cabeza orientando el oído, igualmente según la orientación del micrófono respecto a la fuente, se captará mejor o peor la señal. Dependiendo de la construcción del micrófono, éste puede tener una respuesta polar u otra. Las respuestas polares a las que se ajustan en mayor o menor medida todos los micrófonos se muestran en las siguientes tablas:

 

Respuesta omnidireccional

 

Respuesta bidireccional

 

Respuesta cardioide

 

Respuesta supercardioide

 

Respuesta hipercardioide

Respuesta ultracardioide

Tipos de respuesta polar en micrófonos. 

 

El diagrama polar se interpreta coincidiendo el eje 0º -180º con el eje del micrófono, como se muestra en el diagrama de respuesta omnidireccional. Debido a que gran parte de los micrófonos tienen el diafragma circular, el patrón de direccionalidad tiene simetría de revolución. Es decir, sigue siendo el mismo aunque el micrófono gire sobre su propio eje. Cada círculo concéntrico suele representar una caída de 5 dB respecto al anterior, marcando el círculo exterior como 0 dB de pérdida de señal. En las especificaciones de cada micrófono debe venir indicado cuantos dB de caída de nivel de señal separan cada circunferencia. En el caso del micrófono ultracardioide representado, si la fuente se sitúa a 90º, 180º o 270º la respuesta del micrófono se reducirá en unos 25 dB. Si la fuente se sitúa a 45º del eje, la disminución será de 10 dB menos que en el caso de que el micrófono apuntase directamente a la fuente. El diagrama polar de un micrófono cambia con la frecuencia. Un diagrama polar de un micrófono real se suele representar para distintas frecuencias. A continuación se muestra un diagrama polar de un micrófono real, con las distintas respuestas según la frecuencia.

 

Diagrama polar de los modelos 4011 y 4012 de la marca DPA Microphones.

Máximo nivel de presión sonora. A este nivel la distorsión armónica de la señal procedente del micrófono es del tres por ciento de la señal total (THD%=3%). El máximo nivel de presión sonora se mide en dB-SPL. Cuando un micrófono alcanza en máximo nivel de presión sonora la distorsión armónica de la señal comienza a ser audible. Un micrófono con un nivel máximo de presión sonora de 120 dB es bueno, 135 dB muy bueno y 150 dB es un valor excelente.

 

Nivel de ruido.

Cualquier aparato electrónico tiene un nivel de ruido propio, llamado ruido eléctrico. Los micrófonos producen ruido en ausencia de perturbación externa que mueva el diafragma. El origen son las moléculas de aire que chocan contra la membrana debido al movimiento térmico. En los micrófonos de bobina, por el movimiento de los electrones en la resistencia de la bobina móvil.

 

Gráfica del nivel de la señal (verde) respecto al nivel de ruido (rojo).

 

El nivel de ruido propio se mide en decibelios de presión sonora usando la red de ponderación A (dBA SPL). La red de ponderación A asemeja el nivel de presión sonora, a como influye en un oído humano. Esto es, como el oído no escucha igual en todas las frecuencias, la red de ponderación da más valor a las frecuencias a las que el oído humano más sensible, para calcular el nivel SPL total. Un nivel de ruido aceptable para un micrófono está en torno a los 40dBA SPL, un buen nivel de ruido serían 30dBA SPL y un nivel de presión sonora de ruido excelente sería cualquiera menor a 20 dBA.

Relación señal a ruido. Este concepto está explicado en Equipos de audio > Calidad de audio 4.3. En los micrófonos, el nivel de referencia para calcular la relación señal a ruido, es el máximo nivel de presión sonora. Así, si un micrófono tiene un SPL máximo de 94 dB y un nivel de ruido propio de 30 dB, la relación señal a ruido será de 64 dB. Cuanto mayor sea la relación señal a ruido, con más claridad y libre de ruido se registrará la señal. Una relación S/N aceptable son tendrá un valor en torno a los 64dB, buena en torno a los 74dB y excelente si supera los 84dB.

 

Efecto proximidad.

Este es un efecto más que una característica, común a todos los micrófonos. Consiste en un aumento considerable de la respuesta en baja frecuencia cuando el micrófono se sitúa cerca de la fuente de sonido. Este efecto es más acusado en los micrófonos de gradiente de presión como los de cinta. A continuación se muestran las diferentes respuestas en baja frecuencia en función de la distancia de un micrófono real.

 

Efecto proximidad en los modelos 4011 y 4012 de la marca DPA Microphones.

 

Límite de saturación.

Todos los micrófonos distorsionan totalmente la señal si el nivel de presión de esta es demasiado elevado. Esta condición se conoce como saturación. Dependiendo de la construcción del micrófono, podrá soportar mayores o menores niveles de presión sin distorsionar la señal. El límite de saturación no es un dato que se encuentre en todas las hojas de características de los micrófonos. Los micrófonos de bobina móvil o dinámicos, o los micrófonos de condensador no son tan vulnerables ante la distorsión como los micrófonos de cinta. Los micrófonos dinámicos pueden soportar grandes niveles de presión sonora sin sufrir daños internos permanentes, sin embargo, los micrófonos de cinta corren riesgo de rotura si se usan en ambientes con elevado nivel.

Los micrófonos de condensador, aun sin generar distorsión en el diafragma, pueden producir niveles de señal muy elevados que luego sobrepasan los niveles del pre-amplificador generándose ahí la distorsión. Para evitar esto algunos vienen dotados de un control en el pre-amplificador que permite atenuar varios decibelios la señal para prevenir la distorsión.

 

Impedancia

Básicamente se hacen dos diferenciaciones:  micrófonos de baja impedancia y micrófonos de alta impedancia. La ventaja de los primeros es que tienen un menor grado de ruido eléctrico y permiten ser usados con cables largos. La ventaja de los micros de alta impedancia es su coste reducido.