Un micrófono (a menudo llamado micrófono por apocope ) es un transductor electroacústico, es decir, un dispositivo capaz de convertir una señal acústica en una señal eléctrica .
El uso de micrófonos ahora está muy extendido y contribuye a muchas aplicaciones prácticas:
También llamados micro , por metonimia , transductores electromagnéticos de guitarra eléctrica ( pastilla de guitarra ) y transductores piezoeléctricos ( pastilla piezoeléctrica ) utilizados para instrumentos cuyo sonido se pretende amplificar.
El componente electrónico que produce o modula el voltaje o la corriente eléctrica de acuerdo con la presión del sonido se llama cápsula . El término micrófono también se usa en sinécdoque . Una tela o una rejilla generalmente protege esta frágil parte.
El primer uso del término micrófono designó una especie de bocina acústica . David Edward Hughes lo utilizó por primera vez para designar un transductor acústico-eléctrico. Al mejorar el dispositivo de Graham Bell , Hugues afirma la capacidad del dispositivo que co-inventó para transmitir sonidos mucho más bajos.
Un diafragma vibra bajo el efecto de la presión del sonido y un dispositivo que se basa en la tecnología del micrófono convierte estas oscilaciones en señales eléctricas. El diseño de un micrófono incluye una parte acústica y una parte eléctrica, que definirán sus características y el tipo de uso.
Si la membrana está en contacto con la onda sonora en un solo lado, mientras que el otro está en una carcasa con presión atmosférica constante, vibra de acuerdo con las variaciones de presión. Estamos hablando de un sensor de presión acústico. Este tipo de sensor reacciona de la misma manera a las ondas sonoras independientemente de la dirección de origen. Es insensible al viento. Es la base de los micrófonos omnidireccionales .
Los micrófonos de efecto de superficie son sensores de presión adheridos a una superficie en cierta medida que forma un deflector, que duplica la presión del sonido en el hemisferio limitado por la superficie de apoyo (Ver PZM (micrófono) (en) ).
Sensores de gradiente de presión (bidireccionales o de directividad en 8)Si la membrana está en contacto con la onda sonora en ambos lados, no vibra cuando se cruza una onda, ya que las sobrepresiones son iguales en ambos lados. Este tipo de membrana se denomina sensor de gradiente de presión acústica. Ésta es la base de los micrófonos bidireccionales o de 8 direcciones .
Tipos mixtos o variablesCombinando estos dos tipos, ya sea por medios acústicos, controlando de forma más sutil el acceso de las ondas sonoras a la cara posterior de la membrana, o por medios eléctricos, combinando la señal de dos membranas, obtenemos directividades útiles, en cardioide particular (también llamado unidireccional):
cápsula | omnidireccional | bidireccional | cardioide | relación | |
---|---|---|---|---|---|
fórmula | |||||
sonido en el eje | 100%, 0 dB | ||||
su lado | (90 °) | 50%, -6 dB | |||
su trasero | (180 °) | 0%, -∞ dB |
Micrófonos de amplia cardioide , super- cardioide y hypercardioid directividad se construyen cambiando las proporciones entre el componente omnidireccional y el componente bidireccional. Los micrófonos pueden proporcionar ajuste o conmutación de directividad.
Estas construcciones permiten dar más importancia a una fuente hacia la que se dirige el micrófono y atenuar el campo sonoro reverberado, que proviene de todas las direcciones. Definimos un índice de directividad como la expresión, en decibelios, de la relación entre un sonido que entra en el eje del micrófono y un sonido de la misma presión acústica efectiva procedente de una fuente idealmente difundida (procedente de todas partes alrededor del micrófono).
omnidireccional
cardioide
supercardioide
hipercardioide
bidireccional
cápsula | fórmula | índice de directividad |
ángulo de atenuación en | nivel para un ángulo de | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
-3 dB | -6 dB | -∞ dB | 90 ° (sonido lateral) | 180 ° (sonido trasero) | |||
omnidireccional | 0 dB | - | - | - | 0 dB | 0 dB | |
cardioide | 4,8 dB | 65 ° | 90 ° | 180 ° | -6 dB | -∞ dB | |
supercardioide | 5,7 dB | 56 ° | 75 ° | 120 ° | -9 dB | -10 dB | |
hipercardioide | 6,0 dB | 52 ° | 70 ° | 110 ° | -12 dB | -6 dB | |
bidireccional | 4,8 dB | 45 ° | 60 ° | 90 ° | -∞ dB | 0 dB |
Los micrófonos de tubo de interferencia dan directividades acentuadas, pero dependen en gran medida de las frecuencias. Debido a su forma alargada, se les llama micrófonos de escopeta .
Tamaño del diafragmaEl tamaño de la membrana influye en la conversión a vibración y luego a una señal eléctrica .
En contacto con una pared perpendicular a la dirección de propagación, una onda de sonido desarrolla una potencia proporcional al área y al cuadrado de la presión sonora:
o una membrana de micrófono de 20 mm de diámetro alcanzada por una onda de sonido perpendicular con una presión de 1 Pa . El área de la pared es de 3,14e -4 m², la potencia de sonido en la membrana es de 0,76 μW .
Solo una parte de esta energía puede recuperarse en forma de una señal eléctrica que describe la onda sonora. Cuanto más grande es la membrana, menos es necesario amplificar la señal y, por lo tanto, menos se somete a procesamiento que inevitablemente conduce a una cierta cantidad de ruido y distorsión.
Por tanto, el tamaño del diafragma determina la máxima sensibilidad del micrófono. Pero tan pronto como la dimensión mayor de la membrana se vuelve significativa con respecto a la longitud de onda de un sonido, constituye, para las ondas sonoras que no llegan perpendicularmente, un filtro de peine . Por supuesto, intervienen otros fenómenos como la difracción en los bordes, haciendo más compleja la respuesta real.
La presencia de un entorno rígido alrededor de la membrana crea un efecto de superficie que aumenta la presión sonora para las frecuencias cuya longitud de onda es menor que el tamaño del conjunto de entorno de membrana. Este obstáculo puede ser plano o esférico, constituye alrededor de una cápsula sensora de presión un filtro acústico, como la rejilla protectora, que delimita una cavidad cuyas características influyen en la respuesta del micrófono, particularmente en las frecuencias más altas.
Aplicaciones ( teléfono móvil , micrófono lavalier ) que requieren micrófonos pequeños limitan así el tamaño de la membrana.
Los primeros micrófonos, que se utilizaron por primera vez en teléfonos, utilizaron la variación en la resistencia de un polvo de carbón granular cuando se sometieron a presión. Cuando se comprime el polvo, la resistencia disminuye. Si pasa corriente a través de este polvo, se modulará de acuerdo con la presión acústica sobre la membrana que presiona el polvo. Obviamente, solo se pueden construir sensores de presión de esta manera. Estos micrófonos son insensibles, funcionan en un rango de frecuencia limitado y su respuesta es solo muy aproximadamente lineal, lo que provoca distorsión. Tienen la ventaja de poder producir una potencia bastante alta sin un amplificador. Fueron utilizados en microteléfonos , donde se apreciaba su robustez, y en la radio antes de la introducción de métodos que daban mejores resultados.
Micrófono dinámico de bobina móvilEn los micrófonos electromagnéticos de bobina móvil, se pega una bobina a la membrana, lo que hace que vibre en el fuerte campo magnético fijo de un imán permanente. El movimiento crea una fuerza electromotriz creando la señal eléctrica. Como la conversión de la energía sonora emitida por la acción de la presión acústica sobre la membrana da directamente una corriente utilizable, se dice que estos micrófonos son dinámicos , porque a diferencia de los micrófonos de carbono y de condensador, no necesitan 'comida'.
La aparición en los años 80 de los imanes de neodimio permitió campos magnéticos más intensos, con una mejora en la calidad de los micrófonos electromagnéticos.
Micrófono de cintaEn los micrófonos de cinta electromagnéticos, la membrana es una cinta en relieve flexible instalada en el campo magnético de un imán permanente. Funciona como el micrófono de bobina móvil electromagnético, con la ventaja de la ligereza de la parte móvil. No requiere energía. La impedancia de salida es mucho más baja que la de otros tipos y es bastante frágil.
Micrófono de condensadorEn los micrófonos de condensador , la membrana, cubierta con una fina capa conductora, es una de las armaduras de un condensador , cargada por una tensión continua, siendo la otra armadura fija. La vibración junta y aleja las armaduras, variando la capacitancia . Dado que la carga es constante e igual al producto del voltaje y la capacitancia, el cambio en la capacitancia produce un cambio inverso en el voltaje. La impedancia de salida es muy alta. Los micrófonos de condensador necesitan una fuente de alimentación, por un lado para la polarización del condensador, por otro lado para el amplificador adaptador de impedancia que debe estar cerca de la membrana.
La energía puede ser suministrada por un conductor especial conectado a una caja de interfaz que también proporciona adaptación de impedancia. Sin embargo, este es solo el caso de algunos micrófonos de muy alta gama. La mayoría de los modelos utilizan alimentación fantasma , llamada así porque no requiere controladores adicionales.
La sensibilidad de los micrófonos de condensador es mayor que la de los micrófonos dinámicos. Se necesita menos potencia de sonido para hacer vibrar el diafragma solo que el dispositivo de bobina de diafragma, y el amplificador de adaptación de impedancia consume muy poca potencia. Este amplificador está diseñado para el sensor y también controla el ancho de banda; la respuesta del condensador solo es un filtro de paso bajo ( Rayburn 2012 , p. 33). Estos amplificadores se componían primero de un tubo de electrones y un transformador . Más recientemente, su nivel de ruido y distorsión, así como su sensibilidad a las interferencias, se han reducido mediante el uso de transistores o transistores de efecto de campo , sin transformadores.
Micrófono de condensador de alta frecuenciaEl condensador formado por la membrana y un inducido fijo no está polarizado por una tensión continua, sino que constituye, con una resistencia, un filtro cuya frecuencia de corte varía como la capacitancia. Por tanto, el nivel de modulación de alta frecuencia sigue la vibración de la membrana. La siguiente etapa tiene una demodulación en un diodo que impulsa los transistores de salida.
Micrófono de condensador electretLos micrófonos de condensador electret aprovechan una propiedad de ciertos materiales para retener una carga electrostática permanente. Uno de estos materiales forma una armadura de condensador y la membrana, la otra. Los micrófonos electret no necesitan voltaje de polarización, pero tienen un amplificador de adaptación de impedancia, que requiere energía. Si el voltaje máximo de salida no es demasiado alto, esta energía puede ser suministrada por una batería.
La carga de polarización disminuye con el tiempo, lo que resulta en una pérdida de sensibilidad del micrófono a lo largo de los años.
El diseño o elección de un modelo existente debe tener en cuenta el uso al que está destinado el micrófono:
La calidad de la transcripción de sonido depende de las características y calidad del micrófono pero también, y principalmente, de la ubicación del micrófono en relación con la fuente, así como del entorno de la grabación de sonido (ruido, viento, etc.) .
La directividad es una característica esencial del micrófono. Indica su sensibilidad según el origen del sonido en relación a su eje.
Omnidireccional | Cardioide ancho | Cardioide | Hipercardioide | Barril (lóbulos) | Bidireccional o figura 8 | |
---|---|---|---|---|---|---|
En la mesa, el micrófono se coloca verticalmente y se dirige hacia arriba. |
El diagrama polar representa la sensibilidad del micrófono según la dirección de origen de la onda sonora. La longitud del punto central de la curva indica la sensibilidad relativa en decibelios . En la mayoría de los casos, la sensibilidad solo depende de la dirección relativa al eje principal del micrófono; de lo contrario, se requieren dos diagramas. La directividad también depende de la frecuencia ; Los diagramas completos incluyen varias curvas de valores relativos. En general, el diagrama es simétrico y se pueden colocar, para una mejor legibilidad, semicurvas a cada lado del eje.
Muy a menudo, la respuesta de frecuencia es más uniforme cuando el micrófono está orientado hacia la fuente. Si otros sonidos no se mezclan con el de la fuente principal, las diferencias de respuesta fuera del eje pueden usarse para igualar el tono.
Los profesionales del sonido tienden a preferir los micrófonos de condensador a la dinámica de estudio. Por lo general, ofrecen una relación señal / ruido mucho más alta y una respuesta de frecuencia más amplia y uniforme.
Para fuentes muy potentes, como un instrumento de percusión , instrumentos de viento o un amplificador para una guitarra eléctrica , un micrófono dinámico tiene la ventaja de absorber fuertes presiones acústicas. Su robustez a menudo los hace preferidos para el escenario.
El micrófono de condensador tiene la ventaja de excelentes respuestas transitorias y de ancho de banda, entre otras cosas gracias a la ligereza de la parte móvil (solo una membrana conductora, en comparación con la masa de la bobina de un micrófono dinámico). Por lo general, necesitan energía, generalmente energía fantasma . A menudo incluyen opciones de procesamiento de señal como un modulador de directividad, un atenuador de baja frecuencia o incluso un limitador de volumen (Pad).
Los micrófonos de condensador son populares entre los profesionales debido a su fidelidad de reproducción.
Los profesionales del nivel de sonido utilizan todos los micrófonos con sensor de presión (omnidireccionales) electrostáticos. Este uso requiere que el micrófono esté calibrado; el pistonphone es un dispositivo comúnmente utilizado para este propósito.
Fácilmente miniaturizado, el micrófono electret es muy utilizado en el campo audiovisual (micrófono lavalier, micrófono de diadema, etc.) donde es apreciado por su relación tamaño / sensibilidad. Los mejores modelos incluso logran competir con algunos micrófonos de condensador en términos de sensibilidad.
Los electretos actuales se benefician de una construcción que supera esta molesta y limitada esperanza de vida que el electret conoce desde la década de 1970.
Micrófono antiguo Grundig (carbón).
Micrófono dinámico para karaoke .
Shure SM57 y su equivalente Beta57 (dinámico).
Sennheiser 845 (dinámico).
Micrófono AKG C414 (voz, voz, condensador).
Neumann U89i (universal, condensador).
Neumann U87 (universal, condensador).
Oktava 319 (instrumentos, condensador).
Micrófono electret en miniatura.
Una cápsula de micrófono emite una señal correspondiente a un punto en el espacio sonoro. Las disposiciones de las cápsulas dan varias señales que permiten representar la dirección de la fuente u obtener directividades particulares.
Los accesorios de micrófono son