Microfonos y Parlantes

Micrófonos


Microfonos y Parlantes


Los micrófonos son transductores encargados de transformar la energía acústica en energía eléctrica, permitiendo así el registro, almacenamiento, procesamiento y transmisión de las señales de audio. Tanto los micrófonos como los altavoces, son los elementos más importantes, en cuanto a las características, que conforman las señales de audio. No existe el micrófono ideal, debido a la sencilla razón de que no existe un único ambiente acústico o un único tipo de música. Es por ello que el ingeniero de sonido tiene a su disposición una amplia gama de micrófonos, cada uno de los cuales sirve para ciertos casos particulares. Los micrófonos tienen varias características: direccionalidad, tipo de transuctor, sensibilidad y respuesta en frecuencia; a su vez pueden ser clasificados por el tipo de transductor que usan.

Micrófonos de Carbón


Fueron los micrófonos utilizados durante mucho tiempo en los teléfonos. Su principio de funcionamiento se basa en el cambio de resistencia en los granos de carbón al ser comprimidos por el diafragma, al recibir éste las variaciones de presión sonora.

Audio


En la curva de respuesta en frecuencia del micrófono de carbón se deducen sus pobres características que han hecho posible su casi desaparición del mercado. ( Excepto en teléfonos económicos ).

microfonos


Micrófonos Piezoeléctricos


Estos micrófonos se basan en la capacidad que tienen los cristales piezoeléctricos de generar cargas eléctricas al ser sometidos a presión ( En griego piezein = presión ).

parlantes


Aunque su respuesta es mejor que el micrófono de carbón, no llega a ser suficientemente buena para grabaciones profesionales, por lo que se utiliza solo en micrófonos pequeños para voz.

bocinas


Micrófonos Dinámicos (Bobina móvil)


Se basan en el principio de inducción electromagnética, según el cual, si un hilo conductor se mueve dentro de un campo magnético, en el conductor se inducirá un voltaje de acuerdo con la siguiente fórmula:

e= Blv


donde:

e = potencial inducido, en voltios.

B = Densidad de flujo magnético, en teslas.

l = longitud del conductor, en metros.

v = velocidad del movimiento, en metros/s.

Son micrófonos muy utilizados por su resistencia, fiabilidad y buena respuesta en frecuencia.

Microfonos y Parlantes


Los micrófonos dinámicos (también llamados de bobina móvil) son considerados como los micrófonos profesionales mas resistentes. Este tipo de micrófono es una buena elección para la labor periodística (ENG) donde comúnmente se encuentra una variedad de condiciones difíciles.

En un micrófono dinámico las ondas sonoras golpean un diafragma soportado en una bobina de cable fino. La bobina se encuentra suspendida en un campo magnético permanente.

Cuando las ondas sonoras golpean el diafragma este hace vibrar la bobina en el campo magnético. El resultado es una pequeña corriente eléctrica generada por la fricción, esta corriente tendrá que ser después amplificada miles de veces.

Una de sus mayores ventajas es que no requieren de una fuente externa de energía para operar y son particularmente resistentes al abuso físico. Sin embargo su fidelidad no siempre es la mejor. Cuando se requiere de menor tamaño, excelente sensibilidad y la mejor calidad de respuesta, otro tipo de micrófono es preferido: el micrófono de condensador.

Micrófono de Cinta


Este tipo de micrófono, también trabaja bajo el principio de inducción magnética y responde a la diferencia de presión sonora entre los dos lados de una cinta. Por eso recibe también el nombre de micrófono de gradiente de presión.

Audio


Debido a que responde a la diferencia de presión, este micrófono tiene una respuesta polar con un máximo en el eje perpendicular a la lámina, mientras que no responde a los sonidos laterales. Correspondería a un patrón bidireccional .

Micrófono de Condensador


Recordemos que un condensador almacena carga cuando se le suministra un potencial eléctrico. La ecuación que describe el fenómeno es:

donde:
Q=CV



C = capacidad, en Faradios.

En un micrófono de condensador, la placa posterior está fija y alimentada con una tensión, mientras que la placa anterior, el diafragma, se desplaza al recibir variaciones de presión, ya que el interior del micrófono está a un presión constante igual a la presión atmosférica.

Este tipo de micrófono produce la mejor respuesta de frecuencia por lo cual son los más utilizados en grabaciones profesionales. Debido a que responde a variaciones de presión se clasifican en los micrófonos de presión, y como consecuencia de ello tienen una respuesta omnidireccional.

microfonos


Los micrófonos de condensador (también llamados capacitores o micrófonos de condensador eléctrico) poseen una incomparable calidad de respuesta. Además pueden ser tan pequeños que son fáciles de esconder. Sin embargo, la mayoría de los micrófonos de condensador no son tan resistentes como los dinámicos y el trabajo en condiciones climáticas adversas puede resultar un problema.

Los micrófonos de condensador funcionan bajo el principio de un condensador eléctrico o capacitor. Un diafragma de metal ultra delgado es fuertemente estirado sobre una pieza plana de metal o cerámica. En la mayoría de los micrófonos de condensador una fuente de poder provee una carga eléctrica entre ambos elementos.

Las ondas sonoras que golpean el diafragma causan fluctuaciones en la carga eléctrica que deben ser posteriormente amplificada en el preamplificador (pre-amp). Dicho preamplificador puede estar integrado al cuerpo del micrófono o estar ubicado en un dispositivo separado.

Debido a que estos micrófonos requieren de un preamplificador ello implica que, a diferencia de sus contrpartes dinámicas, la mayoría de los micrófonos de condensador requieren de una fuente de poder, ya sea de corriente o baterías.

Direccionalidad de los micrófonos


Una de las características más importante de los micrófonos, es su direccionalidad, ya que, de acuerdo con cada tipo ambiente acústico o del programa a grabar, se requerirá un patrón polar distinto.

Existen tres tipos básicos de patrones: unidireccional, bidireccional y omnidireccional, aunque se pueden conseguir otros patrones combinando los tipos básicos.

La ecuación polar, en su forma general es:

parlantes


donde A+B=1

Los valores particulares de A y B definirán el tipo de respuesta. Por lo cual tenemos que:

· A=1 y B=0: patrón Omnidireccional. En este caso el micrófono responde sólo a variaciones de presión.

bocinas


· A=0 y B=1: patrón bidireccional. En este caso se tiene que el micrófono responde sólo a velocidad ( o gradientes de presión).

Microfonos y Parlantes


A=B=0.5: patrón del tipo cardioide. Este sistema equivale a sumar un elemento de velocidad con uno de presión:

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A= 0.375 y B=0.625 : patrón Supercardioide.

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A=0.25 y B=0.75: patrón del tipo Hiper-cardioide.

parlantes


Las características fundamentales de los diversos patrones se resumen en la gráfica siguiente:

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En la figura, se define REE (" Random Energy Efficiency" como la cantidad de ruido ambiente que capta el micrófono en relación a lo que captaría un micrófono omnidireccional a la misma distancia y con la misma sensibilidad ( se indica en dB ). El Factor de Distancia DF se refiere a cuanto debemos alejar un micrófono para que capte la misma relación de sonido directo respecto a ruido ambiente teniendo como referencia a un micrófono omnidireccional colocado a un metro de la fuente.

Parlantes


Microfonos y Parlantes


Conocidos también como altoparlante o bocina, es un dispositivo utilizado para la reproducción de sonido.
Los parlantes cumplen la función contraria a los micrófonos, ya que transforman las señales eléctricas en variaciones de la presión del aire.

Un transductor es un dispositivo que transforma un tipo de energía en otro. Un parlante (o altavoz) de bobina móvil es un transductor electro-mecánico, que transforma energía eléctrica contenida en una corriente eléctrica, en energía sonora (i.e., energía acústica audible para el ser humano).

Específicamente, un parlante sirve para convertir la información (voz, música, sonidos en general) transportada por una señal eléctrica, en una señal audible para el ser humano (entre 20-30 Hz y 16-20 kHz aproximadamente).

Pero en general, la utilidad del parlante es la del conjunto del que forma parte. Por ejemplo, un equipo de amplificación sirve para elevar la intensidad del sonido. Primero la señal acústica débil se transduce a una eléctrica. Ésta se amplifica electrónicamente, y luego, a través del parlante, se reproduce a mucha mayor intensidad. Lo mismo puede decirse de equipos que hacen otras cosas con el sonido, además o en vez de amplificarlo.

Algunas de las antiguas "muñecas que hablan" usaban el principio del viejo fonógrafo: en su interior tenían una púa de cristal que recorría los surcos de un pequeño disco plástico que giraba al presionar la muñeca. El surco tenía grabado relieves con la información sonora, y una lengüeta de latón transmitía las vibraciones de la púa a un cono plástico, que al vibrar reproducía "ma-má". En este caso, el parlante era un transductor sin bobina, de energía mecánica (vibraciones) en energía también mecánica (ondas sonoras).

Mediante la implementación de una bobina que pueda desplazarse axialmente y la utilización de imanes, el parlante puede reproducir mayor rango de frecuencias sonoras a grandes potencias y con menor distorsión.

Primero, el voltaje de salida del amplificador de un equipo de música, radio o TV, tiene las variaciones del sonido que se quiere reproducir. Si se conecta la salida del amplificador a la bobina móvil, circula una corriente con las variaciones correspondientes al sonido. Debido a un principio básico de la Naturaleza (Ley de Ampère, una de las 4 leyes del Electromagnetismo), la corriente en la bobina genera un campo magnético con las variaciones de la señal de interés.

Segundo, si la bobina móvil está inmersa en una región con campo magnético, existirán fuerzas atractivas y repulsivas entre la bobina y el imán, debidas al campo variable de la bobina y al campo estático del imán. Si el imán está fijo, estas fuerzas producirán el movimiento de la parte móvil, la bobina. La forma de obtener una señal acústica de esto, es entonces adherir a la bobina un cono que mueva el aire que le rodea.

La mayoría de los parlantes de bobina móvil tienen 5 partes básicas (ver Figura siguiente):

Audio


(1) bobina móvil cilíndrica, de material liviano y alambre de cobre,
(2) imán permanente anular, generalmente cerámico (ferrimagnético), magnetizado axialmente,
(3) disco posterior magnético blando, generalmente metálico (ferromagnético)
(4) cilindro concéntrico magnético blando, generalmente metálico (ferromagnético), concéntrico con el disco (3) y la bobina (1), y
(5) 'cono' o diafragma cónico de cartón o plástico, adherido a la bobina (1).

En la Figura se han indicado los polos magnéticos N y S del imán, correspondientes a un posible sentido de magnetización axial, y se ha esquematizado con 3 flechas el sentido del flujo magnético estático (del imán) dentro del circuito magnético. Este "circuito" está formado por el imán y las dos piezas ferromagnéticas (disco posterior y cilindro central), con entrehierro o gap anular en la zona donde está la bobina. El campo magnético del imán es guiado por el material permeable ferromagnético del circuito, y se cierra (debido a la Ley de Gauss del Magnetismo) a través del gap entre el polo S del imán y el polo N´ inducido en el cilindro central.

La corriente eléctrica variable interactúa con el campo estático, produciéndose una fuerza magnética (de Lorentz) sobre la corriente (y por lo tanto sobre la bobina). La magnitud de esta fuerza es proporcional a la intensidad del campo estático y a la intensidad de la corriente. Por lo tanto la fuerza sobre la bobina siguirá las variaciones de la corriente, y además, su principal componente está en la dirección axial, ya que la fuerza de Lorentz es perpendicular al plano que forman la corriente y el campo magnético. Por lo tanto, la bobina se desplaza longitudinalmente según las variaciones de la corriente.

Como la bobina móvil se encuentra adherida al cono, éste se mueve desplazando el aire hacia atrás y adelante (como se esquematiza con una doble flecha), generando longitudinalmente ondas elásticas de presión (es decir, ondas acústicas). De éstas, las que varían aproximadamente entre unos 20 y 20000 ciclos por segundo (20 Hz - 20 kHz), son audibles (sonoras), porque producen vibraciones en pequeños huesos del oído, que son detectadas por el sistema auditivo humano.

Los terminales eléctricos de la bobina móvil, en principio no tienen polaridad. Sin embargo, cuando el equipo tiene más de un parlante, es importante que las ondas sean emitidas en fase (para evitar distorsión), y por lo tanto, uno de los terminales se indica como positivo con un "+" o con una marca de color rojo. La convención más usada es que si se conecta una pila a la bobina móvil, el cono se mueve hacia adelante cuando el positivo de la pila está conectado al terminal rojo del parlante.

Como vemos, el parlante básico consiste de un cono (de cartón) de un lado y un núcleo plástico envuelto en cable de cobre del otro.Detrás del cono se encuentra un imán. A medida que la señal de audio pasa por el parlante este se mueve para adelante y atrás, haciendo vibrar el aire a su alrededor, reproduciendo de esta manera el sonido. Los parlantes más grandes pueden producir sonidos se menor frecuencia y los parlantes más pequeños los sonidos de mayor frecuencia

FUENTE


3 comentarios - Microfonos y Parlantes

@jole
Muy buena la data!
@damiber
buena data, podrias resubi las imagenes, gracias.