2. micrófonosInstalaciones de Megafonía y Sonorización

Miguel Ángel Asensio Hernández, Profesor de Electrónica de Comunicaciones.Departamento de Electrónica, I.E.S. Emérita Augusta. 06800 MÉRIDA.

En este capítulo estudiaremos cómo los micrófonostransforman las ondas sonoras que reciben en señaleseléctricas que podrán ser procesadas posteriormente.Veremos los diferentes métodos de conversión de presiónen señal eléctrica, y las razones que hacen másrecomendable escoger un determinado tipo de micrófono.

¿Qué son y cómo funcionan los micrófonos?

El micrófono es un transductor electroacústico que convierte las ondas sonoras en señales eléctricas. La presión sonora la recibe en su membrana (o diafragma), y un convertidor mecánico-eléctrico la transforma en señal eléctrica. Cuando no hay sonido, la membrana se encuentra en reposo y no se genera señal eléctrica. Esta señal, una vez tratada de manera conveniente, puede volver a escucharse por medio de altavoces o auriculares.

CARACTERÍSTICAS DE LOS MICRÓFONOS

Los micrófonos poseen varias características que son las que van a definir sus posibilidades de uso en diferentes situaciones.

La sensibilidad nos indica la capacidad de un micrófono para captar sonidos débiles, de poca intensidad.Es la presión sonora que hay que ejercer sobre el diafragma para que proporcione señal eléctrica. La sensibilidad de un micrófono cualquiera se mide a la frecuencia de 1000 Hertzios y se expresa en milivoltios por Pascal (mv/Pa). Se puede representar por la siguiente fórmula:

s = t / p

sensibilidad

tensión eléctrica proporcionada

presión sonora en el diafragma

No es aconsejable usar micrófonos con una sensibilidad inferior a 1 mv/Pa.

Puesto que la tensión de salida del micrófono será siempre inferior a 1 V, esta medida vendrá siempre dada en dB negativos.

micrófono de condensador. micrófono de bobina móvil.

Los micrófonos de condensador son los más sensibles entregando valores de 5 a 20 mv/Pa, seguidos de los dinámicos (o de bobina móvil), con una sensibilidad de entre 1,5 y 3 mv/Pa.

La fidelidad indica la variación de la sensibilidad respecto de la frecuencia. Es indicativa de la proporcionalidad entre la onda sonora incidente en el diafragma del micrófono y la señal eléctrica proporcionada por éste.

Esta característica se mide para todo el espectro audible (de 20 a 20000 Hz), es decir, su respuesta en frecuencia. Así se obtiene la curva de respuesta en frecuencia del micrófono que reflejan las desviaciones respecto de la horizontal de 0dB.

Respuesta en frecuencia de un micrófono omnidireccional.

Si tomamos un micrófono que proporciona una tensión de 1mV en circuito abierto cuando sobre su diafragma incide una presión de 1 pascal, su sensibilidad vendrá dada por la expresión:

S = 20 log = - 60dB 0.001V/Pa

1V/Pa

Lo que significa que el nivel de salida está 60dB por debajo de 1V, y equivale a 1mV (60dB = 1000 veces)

La impedancia de salida es la resistencia que proporciona el micrófono en bornes del conector. Su valor típico está entre 200 y 600 ohmios a 1.000Hz. A esto se le llama baja impedancia, que es la habitual.

Hay que tener en cuenta que la impedancia de salida del micrófono ha de ser como máximo 1/3 de la del equipo al que se conecta, y se hace para evitar pérdidas en la señal por incremento de ruido de fondo.

En baja impedancia se puedenemplear cables largos sin que elloconstituya un problema, mientrasque en altas un cable muy largopuede provocar pérdidas porefecto capacitivo.

La directividad (Polar Pattern – patrón polar) señala la respuesta del micrófono dependiendo de la dirección de donde provenga la fuente sonora. Es decir, muestra cómo varía la sensibilidad respecto a la dirección de procedencia del sonido.

La directividad de un micrófono se representa mediante diagramas polares. En ellos se dibuja, para distintos ángulos de incidencia del sonido, cómo se reciben las ondas sonoras y es una de las características más importantes del micrófono, ya que gracias a ella es posible conocer su comportamiento.

Para obtener un diagrama de directividad se generan todas las señales que se quieren medir con la misma intensidad, para poder compararlas.

La circunferencia exterior supone que no hay ninguna pérdida de señal, mientras que las interiores están calibradas en decibelios de pérdida. Observándose incluso respuestas diferentes para cada frecuencia.

Diferentes tipos de micrófonos y accesorios.

Accesorios para micrófonos: cable-conexión Jack, soporte de micrófono, filtro “anti-pop”, soporte amortiguado, cable-conexión XLR, pantalla absorbente-anecoica.

CLASIFICACIÓN DE LOS MICRÓFONOS SEGÚN SU DIRECTIVIDAD

Hay tres tipos fundamentales:Unidireccionales, bidireccionales y omnidireccionales, y combinación de estos.

Es frecuente poder usar la misma base de micrófono y acoplarle una capsula enroscada para cambiar de tipo, según nos interese. Además se les puede acoplar atenuadores para ciertas frecuencias, evitando así ruidos de fondo, o impedir el efecto proximidad provocado por las bajas frecuencias al acercarse demasiado al micrófono.

Despiece de un micrófono

o unidireccional

MICRÓFONOS OMNIDIRECCIONALES

Los micrófonos omnidireccionales son aquellos en los que el nivel de la señal eléctrica proporcionada es independiente de la dirección de la cual provenga el sonido.

El comportamiento omnidireccional depende de la frecuencia, y se cumple fácilmente a frecuencias bajas. En altas frecuencias predomina la captación frontal sobre los sonidos provenientes de la parte lateral o posterior.Los micrófonos omnidireccionales son apropiados para espacios que no tengan problemas de realimentación acústica (efecto Larsen). No son apropiados para su uso en megafonía.

MICRÓFONOS BIDIRECCIONALES

Los micrófonos bidireccionales presentan la máxima sensibilidad para los sonidos que se reciben por ambos lados del diafragma (anterior y posterior), e indicen frontalmente al mismo, entre los 0⁰ y los 180⁰.

Los sonidos laterales se anulan al alcanzar las dos caras del diafragma a la vez. Se usan habitualmente en las entrevistas, donde dos personas se encuentran enfrentadas.

MICRÓFONOS UNIDIRECCIONALES O CARDIOIDES

Los micrófonos unidireccionales o cardioides solo recogen sonidos frontalmente. Su sensibilidad para sonidos de procedencia frontal es máxima, disminuyendo según varía el ángulo de incidencia en el diafragma, e incluso llegando a ser nula para sonidos recibidos por su parte posterior.

Son los más empleados y son ideales cuando se tienen problemas de realimentación acústica, o simplemente se quiere discernir entre sonidos deseados y no deseados.La respuesta cardioide se obtiene dejando el diafragma abierto en su frente, e introduciendo en su parte posterior laberintos acústicos.

MICRÓFONO Hipercardioide

Se trata de una variante de micrófono unidireccional dónde también hallamos respuesta bidireccional. Se consigue mediante laberintos acústicos situados en la parte posterior del diafragma.La combinación de los cardioides nos puede ofrecer un micrófono distinto según su posición relativa. Para ello, algunos micrófonos presentan un selector de Directividad.

MICRÓFONO Ultradireccional o de cañón

Son los micrófonos superdireccionales por excelencia y están concebidos para poder captar un sonido determinado, eliminando todos los demás que se producen en su entorno.Constan de un largo tubo con rejillas que recogen los sonidos que llegan fuera del eje principal para conducirlos hasta su parte posterior y atenuarlos fuertemente.Son muy utilizados por los reporteros de noticias, para la grabación de sonidos de la naturaleza y en rodajes en el exterior de cine y televisión.

PRÁCTICA de Taller con micrófono.

Tomar un micrófono y hablar cerca de él para observar la forma de onda resultante en un osciloscopio y medir su amplitud.Retirar el micrófono un metro aproximadamente de la boca y volver a hablar, observar ahora la forma de onda y la amplitud. Razona lo observado.

Tomar un GBF y ajustarlo a 1V y 100Hz. Aplicar la señal a la entrada del osciloscopio calibrando éste a una sensibilidad V/div y T/div adecuados.Medir la frecuencia de la señal y su amplitud con el osciloscopio. Representar las señales y los cálculos obtenidos en una tabla. Pasar la amplitud obtenida en voltios pico a pico a su valor máximo y eficaz.

Variar la amplitud del generador a 2V y 10kHz y repetir el procedimiento del punto anterior.

Tomar una señal patrón de 1V y 1kHz. Aplicar la señal a la entrada del osciloscopio calibrando éste a una sensibilidad V/div y T/div adecuados.Comparar esta señal con la primera obtenida y analiza lo observado.

CLASIFICACIÓN DE LOS MICRÓFONOS SEGÚN SU FUNCIONAMIENTO

Otra manera de agrupar los micrófonos es según su funcionamiento. Pueden ser de presión, de gradiente de presión o velocidad, o una combinación de ambos; según sea el tipo tendremos un micrófono con una respuesta diferente.

Los micrófonos de presión reciben las ondas sonoras por un único lado del diafragma. La superficie interna del diafragma está encerrada a una cierta presión. Su funcionamiento es independiente del ángulo de incidencia de la presión sonora, por lo que es un micrófono omnidireccional.

Los micrófonos de presión funcionan igual que el tímpano del oído humano. Cuando en un viaje cambiamos de altitud notamos en nuestros oídos una sensación debido a que la presión interna del oído todavía no se ha adaptado.

Los de gradiente de presión o velocidad vibran por la diferencia de presión existente entre los dos lados del diafragma, ambos accesibles para la presión sonora.

Según el ángulo de incidencia del sonido, las ondas sonoras llegan con tiempos diferentes a las dos caras del diafragma, se trata pues de un micrófono direccional. En algunos casos la onda posterior puede realizar trayectos más largos, pudiendo incluso cancelar frecuencias o eliminar señales no deseadas.

Micrófonos combinados de presión y gradiente

Los micrófonos de gradiente se pueden identificar fácilmente al presentar varias ranuras de entrada para el sonido.

CLASIFICACIÓN DE LOS MICRÓFONOS SEGÚN SU CONSTRUCCIÓN

En un micrófono, el sonido se recoge a través de la cápsula microfónica, por lo que la técnica adoptada para la construcción de la cápsula determinará la forma de conversión de la presión sonora en señal eléctrica.Según el proceso utilizado para su fabricación distinguiremos diferentes tipos de micrófonos:

Micrófonos de carbón.

Es el más antiguo de los micrófonos, tiene una calidad baja y un precio muy ajustado, lo que los hace rentables para determinadas aplicaciones, como telefonía y porteros electrónicos. Constan de una membrana que cierra una cavidad rellena de gránulos de carbón. A ambos lados de la membrana se dispone de un terminal eléctrico, de manera que conectados a un circuito eléctrico con una fuente de corriente externa, se detectan variaciones de resistencia eléctrica, según la presión sonora soportada por la membrana. Obtendremos, de esta manera, una corriente variable que depende de la presión.

Estructura interna de un micrófono de carbón.

Micrófonos de cristal o piezoeléctricos.

Basan su funcionamiento en el efecto piezoeléctrico que presentan algunos materiales como el cuarzo. Las placas de estos cristales se deforman al recibir una presión sonora, lo que genera pequeñas tensiones eléctricas entre sus extremos. Entre ellos se encuentran los micrófonos de cristal y los cerámicos.Destacan como principales características su elevada sensibilidad, y la eliminación de la fuente externa para su polarización. Como gran inconveniente está su fragilidad ante los golpes y los cambios de temperatura.Aunque su calidad es aceptable para la voz humana, no tiene características HI-FI. Son omnidireccionales y su impedancia de salida es elevada (1M)

Micrófonos dinámicos o de bobina móvil.

Este tipo de micrófono es desde el punto de vista constructivo, similar al de carbón. En este caso los gránulos de carbón son sustituidos por una bobina y un imán. De esta manera se obtiene un conjunto electromagnético que generará una corriente eléctrica proporcional a la presión sonora recibida.Son los micrófonos más conocidos y extendidos y se utilizan en diversos campos que van desde el uso doméstico en equipos de grabación hasta el campo profesional en estudios de grabación y sonorización de interiores y exteriores.Son robustos, económicos y su sensibilidad varía entre 0,5 y 2,5 mV/Pa, es decir, entre -66dB y -55dB.

Son micrófonos omnidireccionales, y su respuesta en frecuencia está entre 20Hz y 18kHz.

Micrófonos de condensador.

Se trata de un micrófono de alta calidad basado en la atracción y repulsión de cargas eléctricas almacenadas en un condensador.Son sin duda los mejores pero son tan delicados y caros que su uso se restringe a estudios de grabación. Presentan una respuesta en frecuencia muy buena, de 30Hz a 20kHz ±1dB, y su sensibilidad del orden de 20mV/Pa y aún mayor.Su característica polar se adapta a comportamientos omnidireccionales, bidireccionales y unidireccionales.Entre sus inconvenientes destaca la necesidad de utilizar fuente de alimentación continua, llamada phantom. Están considerados como el estándar de la máxima calidad.

Alimentación PHANTOM de los Micrófonos de condensador.

La alimentación phantom o fantasma es la solución adoptada para alimentar los micrófonos de condensador sin que esto motive un inconveniente. Se ha ideado un sistema que utiliza los propios conductores simétricos que transportan la señal de audio, de aquí le viene el término “fantasma”, ya que la corriente continua empleada resulta invisible para la señal de audio, que se encuentra superpuesta a ella al ser transportadas por los mismos conductores.Aunque en principio podemos alimentarlos con cualquier tensión entre 9 y 52V, la alimentación de 48V es la mas utilizada.

splitter

splitter

Micrófonos electret.

Micrófonos de cinta.

Su concepción es similar a los micrófonos de condensador, aunque su rendimiento es inferior. La polarización del diafragma se sustituye por una carga electrostática inducida por un polímero llamado electret, con lo que se evita la necesidad de la polarización externa. Son muy utilizados como micrófonos de solapa.

Impedancia: 1000 a 1500 ohmios.Respuesta en frecuencia: 50Hz a 15kHz.

Su funcionamiento es de tipo electromagnético y se resuelve suspendiendo una cinta de aluminio ondulada muy ligera en el interior de un campo magnético permanente.Tienen una respuesta en frecuencia muy amplia, aunque su sensibilidad no es buena (2,5 mv/Pa), con una impedancia de 500 ohmios. Necesita un transformador adaptador de impedancias debido a la baja resistencia de la cinta. Son típicamente bidireccionales.Han sido desplazados de su uso general en estudios de grabación.

EJERCICIOS con micrófonos.

CONEXIONADO de los Micrófonos.

Los micrófonos pueden transmitir la señal por cable o por medios inalámbricos. Habitualmente los micrófonos tienen un conector tipo XLR macho, al cual conectaremos un cable que disponga en un extremo de una conexión hembra de XLR y en el otro el conector que necesite el equipo al cual vayamos a conectar el micrófono (generalmente XLR o Jack).

Los micrófonos que no necesitan alimentación externa y se conecten a Jack monofónico por su otro extremo, precisan que los pines 1 y 3 del conector XLR se unan a la malla del cable.

En líneas balanceadas XLR – Jack.

En líneas NO balanceadas XLR – Jack.

En líneas balanceadas RCA / XLR – Jack.

Miguel Ángel Asensio Hernández, Profesor de Electrónica de Comunicaciones.Departamento de Electrónica, I.E.S. Emérita Augusta. 06800 MÉRIDA.

En líneas para equipos informáticos por Jack.