¿Cómo funcionan los micrófonos? (La guía ilustrada definitiva)
No es frecuente que pensemos en cómo funcionan los micrófonos. Los micrófonos son parte de nuestra vida cotidiana y, de alguna manera, se dan por sentados, así que me alegro de que hayas preguntado cómo funcionan.
¿Cómo funcionan los micrófonos? Los micrófonos funcionan como transductores, convirtiendo ondas sonoras (energía de onda mecánica) en señales de micrófono/audio (energía eléctrica). Aunque existen varios medios para convertir energía dentro de diferentes micrófonos, todos utilizan un diafragma que reacciona al sonido y permite la conversión a una señal de micrófono.
En esta útil guía ilustrada, analizaremos en profundidad el funcionamiento interno de los micrófonos y describiremos cómo funcionan todos los tipos de micrófonos comunes para convertir el sonido en audio.
¿Qué es un transductor?
¿Qué es un transductor? Un transductor es un dispositivo que convierte una forma de energía en una forma diferente de energía.
Los micrófonos funcionan como transductores, convirtiendo la energía de las ondas mecánicas en energía eléctrica. En pocas palabras, los micrófonos convierten las ondas sonoras en señales de audio.
El micrófono como transductor
El diafragma de un micrófono reacciona a las ondas sonoras a las que está sometido. A medida que el diafragma se mueve de acuerdo con los diferentes niveles de presión sonora, el micrófono produce una señal de micrófono coincidente.
Antes de profundizar en la mecánica de cómo un micrófono convierte energía, definamos mejor las energías en cuestión.
Energía de ondas mecánicas (ondas sonoras)
¿Qué es la energía de las olas mecánicas? La energía de las ondas mecánicas es la energía transportada por una onda mecánica (una oscilación de la materia dentro de un medio). Las ondas mecánicas, y por lo tanto la energía de las ondas mecánicas, solo se pueden transferir en medios que posean elasticidad e inercia (gas, líquido, sólido).
¿Qué es una onda de sonido? Una onda de sonido es un tipo de onda mecánica definida por el patrón de perturbación de las partículas dentro de un medio elástico [gas (a menudo aire), líquido (a menudo agua) o sólidos]. Las oscilaciones de las perturbaciones de las partículas provocadas por las ondas sonoras se definen dentro del rango de 20 Hz y 20.000 Hz.
La fuerza de una onda de sonido generalmente se mide en nivel de presión sonora (dB SPL) o en pascales (Pa).
Las ondas sonoras audibles se producen en el rango de frecuencia de 20 Hz a 20 000 Hz. El infrasonido inaudible ocurre por debajo de 20 Hz, mientras que el ultrasonido inaudible ocurre por encima de 20,000 Hz.
Cuando digo «inaudible» me refiero a inaudible para los humanos.
Energía eléctrica (señales de audio)
¿Qué es la energía eléctrica? La “energía eléctrica” se define como energía potencial eléctrica. Es suministrado por corriente eléctrica y potencial eléctrico (voltaje) y se entrega a través de circuitos eléctricos. En los tiempos modernos, la energía eléctrica se recolecta y casi siempre se convierte en algún otro tipo de energía (calor, movimiento, luz, etc.).
¿Qué es una señal de audio? Una señal de audio es una señal eléctrica que representa el sonido en forma de energía eléctrica. Las señales de audio analógicas se miden como voltajes de CA en milivoltios (RMS) o decibeles en relación con el voltaje (dBV o dbu).
Transductores de micrófono
Entonces, los micrófonos convierten la energía mecánica en energía eléctrica.
La forma en que lo hacen varía de un tipo de micrófono a otro. Discutiremos cómo funciona cada tipo de micrófono [común] en este artículo.
Tipos de transductores de micrófono
Existen muchos tipos de micrófonos con muchos factores para diferenciarlos. Sin embargo, cuando se trata del tipo de transductor, existen dos tipos principales de micrófonos:
- Transductores de micrófono dinámicos.
- Transductores de micrófono de condensador.
El tipo de transductor de micrófono dinámico
Cuando usamos el término «micrófono dinámico», normalmente nos referimos a un micrófono dinámico de bobina móvil.
Sin embargo, el tipo de transductor dinámico incluye micrófonos de cinta y de bobina móvil.
¿Cuál es el tipo de transductor de micrófono dinámico? Los micrófonos dinámicos convierten las ondas sonoras en señales de audio mediante inducción electromagnética. Tanto los micrófonos de bobina móvil como los de cinta tienen diafragmas conductores que vibran dentro de campos magnéticos permanentes. A medida que el diafragma se mueve según la presión del sonido variable, se induce una señal de micrófono.
En el diagrama anterior, las ondas sonoras golpean el diafragma del micrófono dinámico de bobina móvil Shure SM57. El SM57 convierte el movimiento de su diafragma en energía eléctrica que finalmente se emite como señal de micrófono.
El diafragma se mueve según la presión aplicada por las ondas sonoras (energía mecánica). Unida al diafragma hay una bobina conductora que se mueve junto con el diafragma (de ahí el nombre de micrófono dinámico de bobina móvil).
Tenga en cuenta que el diafragma en sí no es conductor.
Hay imanes dentro del cartucho (cápsula) del micrófono que proporcionan un campo magnético permanente. La bobina encaja en una ranura cilíndrica dentro de los imanes para que no toque los imanes pero se vea fuertemente afectada por el campo magnético.
La inducción magnética establece que a medida que la bobina conductora se mueve dentro de un campo magnético permanente, experimenta un cambio en el flujo magnético. Un flujo magnético cambiante en la bobina conductora induce un voltaje a través de ella.
A medida que el diafragma se mueve hacia adelante y hacia atrás en equilibrio con las ondas sonoras, también lo hace la bobina conductora. Esto induce un cambio positivo de voltaje en un sentido y un cambio negativo en el voltaje en el otro sentido. Esto produce una señal eléctrica de CA a través de la bobina.
Esta señal de CA a menudo se pasa a través de un transformador elevador dentro del micrófono y se emite como la señal de audio del micrófono.
En el diagrama anterior, las ondas de sonido golpean el diafragma del micrófono dinámico de cinta AEA R84. El R84 convierte el movimiento de su diafragma en energía eléctrica que finalmente se emite como señal de micrófono.
El diafragma en forma de cinta (de ahí el nombre de micrófono dinámico de cinta) se mueve de acuerdo con la presión aplicada por las ondas sonoras (energía mecánica).
Los diafragmas de cinta están hechos de material conductor (a menudo aluminio corrugado) y se colocan dentro de un deflector magnético que proporciona un campo magnético permanente.
La inducción magnética establece que a medida que el diafragma de cinta conductora se mueve dentro de un campo magnético permanente, experimenta un cambio en el flujo magnético. Un flujo magnético cambiante en el diafragma de cinta induce un voltaje a través de él.
A medida que el diafragma se mueve hacia adelante y hacia atrás en equilibrio con las ondas sonoras, se induce un voltaje CA a través de él.
Esta señal de CA a menudo se pasa a través de un transformador elevador dentro del micrófono y se emite como la señal de audio del micrófono.
El tipo de transductor de micrófono de condensador
¿Cuál es el tipo de transductor de micrófono de condensador? Los micrófonos de condensador convierten las ondas sonoras en señales de audio con un diafragma en movimiento que actúa como una placa en un condensador de placas paralelas de carga fija. A medida que se mueve el diafragma, la distancia entre las placas varía, cambiando la capacitancia y creando una señal de micrófono inversamente proporcional.
En el diagrama anterior, las ondas sonoras golpean el diafragma del micrófono de condensador Neumann KM 184. El KM 184 convierte el movimiento de su diafragma en energía eléctrica que finalmente se emite como señal de micrófono.
El diafragma del condensador actúa como placa frontal en un tipo de condensador de placas paralelas (los condensadores solían llamarse condensadores).
Tenga en cuenta que algunas personas se refieren a los micrófonos de condensador como micrófonos de condensador.
El condensador de placa paralela requiere una carga fija para que el micrófono de condensador funcione correctamente. Esto a menudo se proporciona de forma permanente mediante material de electret (condensadores de electret) o externamente a través de la alimentación de CC (alimentación fantasma, polarización de CC, etc.).
A medida que la presión sonora variable mueve el diafragma hacia adelante y hacia atrás, la distancia entre las placas paralelas cambia. Esto provoca una fluctuación coincidente en la capacitancia.
En un capacitor de carga fija, cambiar la capacitancia provoca un cambio inversamente proporcional en el voltaje a través del capacitor.
Por lo tanto, a medida que el diafragma se mueve hacia adelante y hacia atrás alrededor del equilibrio, se crea un voltaje de CA a través de las placas.
Este voltaje de CA se toma del capacitor y pasa a través de un convertidor/amplificador de impedancia (transistor o tubo de vacío). Después de pasar por algunos circuitos más, esta señal eléctrica se emite como la señal de audio del micrófono.
¿Cómo funcionan los transductores de micrófono líquido?
¿Cómo funcionan los transductores de micrófono líquido? Los micrófonos líquidos funcionan como una taza llena de líquido conductor (agua y ácido sulfúrico). Un diafragma reacciona a las ondas sonoras, lo que hace que una aguja adjunta vibre en consecuencia en el líquido conductor. Esto provoca variaciones coincidentes en la resistencia del circuito, lo que provoca una «señal de audio».
¿Cómo funcionan los transductores de micrófono de carbono?
¿Cómo funcionan los transductores de micrófono de carbono? El micrófono de carbono funciona como una cápsula con gránulos de carbono presionados entre dos placas de metal (diafragma y placa posterior). Un voltaje a través de las placas genera corriente a través de los gránulos. A medida que el diafragma se mueve, altera la presión y la resistencia de los gránulos, creando una señal de micrófono eléctrico de baja calidad.
Al igual que el micrófono de condensador, los dos cables eléctricos del micrófono de carbono se toman de cada una de las placas.
¿Cómo funcionan los transductores piezoeléctricos/de micrófono de contacto?
¿Cómo funcionan los transductores de micrófono de micrófonos piezoeléctricos/de contacto? Los micrófonos piezoeléctricos/de contacto funcionan con materiales piezoeléctricos (conocidos como cristales) que producen voltaje de CA (señales de micrófono) cuando se someten a presión variable. Los cristales producen señales de micrófono de alta impedancia que coinciden con las ondas sonoras que los rodean.
¿Cómo funcionan los transductores de micrófono MEMS?
¿Cómo funcionan los transductores de micrófono MEMS? Los micrófonos MEMS (MicroElectrical-Mechanical System) funcionan con un diafragma y una placa posterior fija sobre una cavidad en una placa base. Toda la «cápsula» de un micrófono MEMS se graba en una oblea de silicio mediante el procesamiento MEMS. Los micrófonos MEMS tienen preamplificadores integrados y convertidores de analógico a digital y salida de audio digital.
¿Cómo funcionan los transductores de micrófono láser?
¿Qué es un transductor de micrófono láser? Los micrófonos láser funcionan con rayos láser para detectar vibraciones de sonido en objetos y superficies. El rayo láser se dirige a una superficie y se refleja en la superficie, regresando a un receptor que convierte el rayo interferométricamente en una señal de audio.
El diafragma y la cápsula: componentes clave de los transductores de micrófono
El componente clave de los transductores de micrófono es el diafragma.
En la gran mayoría de micrófonos, el diafragma es una parte obvia del diseño. Pero incluso el receptor/sensor de micrófono láser anterior se considera un diafragma.
El diafragma del micrófono se mueve de acuerdo con la presión sonora variable que lo rodea. El diafragma, directa o indirectamente, provoca la creación de una señal eléctrica que coincide con su movimiento.
Los diafragmas vienen en una variedad de materiales, formas, pesos, tensiones y tamaños.
El diafragma está sujeto y funciona dentro de la carcasa del micrófono. Dependiendo del tipo de transductor de micrófono, el diafragma funciona dentro de la siguiente «carcasa».
Sin un diseño de cápsula adecuado, el diafragma del micrófono sería ineficaz y el micrófono no convertiría energía. Hablemos de los diafragmas de micrófono y sus carcasas con un poco más de detalle.
Cartucho de micrófono dinámico de bobina móvil y diafragma
La unidad transductora del micrófono dinámico de bobina móvil se denomina a menudo cartucho o «cápsula» del micrófono.
A continuación se muestran dos cartuchos de micrófono dinámico de bobina móvil comunes. El Shure R176 es un cartucho que se encuentra en el Shure Beta 58A y el cartucho SM58 se encuentra en el popular Shure SM58.
El cartucho de bobina móvil consta de 5 componentes clave:
- Diafragma.
- Bobina conductora «móvil».
- Imanes y piezas polares.
- Alojamiento.
- Cables eléctricos.
Diafragma y elemento de micrófono dinámico de cinta
La unidad transductora del micrófono dinámico de bobina móvil se denomina a menudo elemento o «deflector» del micrófono.
A continuación se muestra una imagen del elemento deflector/cinta del micrófono de cinta insignia Royer R-121:
El elemento de cinta/deflector consta de 4 componentes clave:
- Diafragma.
- Imanes y piezas polares.
- Alojamiento.
- Cables eléctricos.
Cápsula de micrófono de condensador y diafragma
La unidad transductora del micrófono de condensador se denomina cápsula.
A continuación se muestran las famosas cápsulas de micrófono de condensador de doble diafragma AKG CK12 y Neumann K67. Cada una de estas cápsulas se ha introducido en numerosos micrófonos de alta calidad a lo largo de los años (en particular, el AKG C 12 y el Neumann U 67). Sus diseños se han replicado año tras año desde sus inicios (1951 y 1960, respectivamente).
La cápsula del condensador consta de 4 componentes clave:
- Diafragma (placa frontal).
- Placa trasera.
- Alojamiento.
- Cables eléctricos.
Otros componentes importantes del micrófono para una conversión de energía adecuada
Aunque no necesariamente forman parte del elemento transductor de un micrófono, los siguientes componentes a menudo son necesarios para que un micrófono funcione correctamente como transductor.
Tenga en cuenta que no todos los micrófonos tienen todos los componentes anteriores. Sin embargo, los micrófonos que están diseñados con cualquiera de los anteriores componentes s requieren que les permite trabajar con eficacia para que el micrófono funcione de manera eficaz.
Transformador
Muchos micrófonos están construidos con salidas acopladas por transformador.
¿Qué es un transformador? Un transformador es un dispositivo eléctrico pasivo que conecta dos circuitos sin conectarlos físicamente. Lo hace mediante inducción electromagnética, un núcleo magnético y devanados conductores conectados en cada circuito. Los transformadores de micrófono aumentan/disminuyen el voltaje de CA, bloquean el voltaje de CC y ajustan la impedancia.
Un transformador básico está hecho de un devanado primario de alambre conductor, un devanado secundario de alambre conductor y un núcleo magnético.
Cada devanado forma parte de su propio circuito. Ambos devanados se envuelven alrededor del núcleo magnético pero no se tocan entre sí. Esto efectivamente «vincula» los dos circuitos juntos sin conectarlos físicamente.
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Expliquemos cómo funciona un transformador de micrófono básico:
La señal de CA del transductor del micrófono (y otros componentes entre el transductor y el transformador) pasa por el devanado primario del transformador.
Esta señal de micrófono de CA en el devanado primario induce un campo magnético cambiante y un flujo magnético dentro del núcleo magnético del transformador.
Este flujo magnético cambiante induce un voltaje de CA relativo a través del devanado secundario, que es parte del circuito de conexión de salida del micrófono.
En otras palabras, tener más vueltas en el devanado secundario aumentará el voltaje, disminuirá la corriente y aumentará la impedancia (en el circuito secundario). Esto se conoce como transformador elevador.
Por el contrario, tener menos vueltas en el devanado secundario disminuirá el voltaje, aumentará la corriente y disminuirá la impedancia (en el circuito secundario). Esto se conoce como transformador reductor.
Algunos micrófonos están diseñados con transformadores elevadores, algunos con transformadores reductores y otros sin ningún transformador.
Transformadores elevadores
Cuando se utilizan transformadores elevadores, normalmente se diseñan en micrófonos dinámicos.
Las señales de CA generadas por los cartuchos de bobina móvil y los elementos de cinta suelen ser muy débiles. Tienen baja tensión y baja impedancia.
Los transformadores elevadores aumentan eficazmente el voltaje de CA a una señal de nivel de micrófono más saludable sin aumentar la impedancia de la señal a niveles inutilizables.
Transformadores reductores
Cuando se usan transformadores reductores, generalmente se diseñan en micrófonos activos después del convertidor/amplificador de impedancia basado en tubos o FET.
En este caso, el transformador se utiliza para reducir la impedancia de la señal del micrófono antes de la salida.
Los tubos de vacío y algunos diseños de micrófonos FET emiten señales de impedancia relativamente alta (demasiado alta para una transferencia de señal efectiva a preamplificadores profesionales). Los transformadores reductores reducen la impedancia de salida a un nivel utilizable.
Los circuitos de tubos y transistores están diseñados para proporcionar suficiente «amplificación» a la señal de modo que aún se pueda alcanzar un voltaje fuerte después del transformador reductor.
Convertidor/amplificador de impedancia (transistor y PCB)
Muchos micrófonos están construidos con convertidores/amplificadores de impedancia activos. Estos dispositivos activos generalmente se fabrican con una placa de circuito impreso (PCB) basada en un transistor de efecto de campo (FET) o un transistor de efecto de campo de puerta de unión (JFET).
¿Qué es un convertidor de impedancia de micrófono? Un convertidor de impedancia de micrófono generalmente se refiere a un circuito basado en transistor de estado sólido que convierte la señal de alta impedancia de la salida de la cápsula del condensador en una señal de mayor voltaje y menor impedancia para la salida del micrófono. Tenga en cuenta que los tubos de vacío también son convertidores de impedancia.
El convertidor/amplificador de impedancia de micrófonos básico está construido alrededor de un FET. Analicemos brevemente cómo funciona un FET:
Los FET y JFET son dispositivos electrónicos semiconductores que utilizan un campo eléctrico para controlar el flujo de corriente. Estos dispositivos activos tienen tres terminales:
- Fuente (S): el terminal donde los portadores de carga (electrones o “huecos”) ingresan al canal (transistor).
- Drenaje (D): el terminal donde los portadores de carga (electrones o “huecos”) abandonan el canal (transistor).
- Gate (G): el terminal que modula la conductividad del canal.
Antes de explicar lo que esto realmente significa para un micrófono, echemos un vistazo a un diagrama de un FET:
En un micrófono activo, la señal (voltaje de CA) de la cápsula del micrófono se aplica a la puerta del transistor para controlar la corriente y el voltaje entre la fuente y el drenaje.
Básicamente, la señal en la puerta se puede considerar como una entrada, mientras que la salida se puede considerar como la señal entre (y fuera de) la fuente y el drenaje.
En esta forma demasiado simplificada de ver las cosas, la entrada del FET/JFET controla la salida sin que los dos circuitos estén conectados físicamente. De esta forma, el transistor es similar al transformador.
La impedancia de entrada en la puerta es extremadamente alta y capaz de recibir la señal de impedancia muy alta de la típica cápsula de micrófono de condensador. En los micrófonos de condensador FET, el transistor a menudo se diseña lo más cerca posible de los cables de las cápsulas para que la señal no se degrade a través de los cables entre los dos dispositivos.
En los micrófonos de cinta activos, normalmente hay un transformador elevador entre el elemento de cinta y el transistor. El transformador elevador aumenta el voltaje débil de la cinta al mismo tiempo que aumenta la impedancia.
La impedancia de salida del FET/JFET es mucho más baja y permite que la señal de audio de salida viaje a través del resto del circuito del micrófono y a través de los cables del micrófono al preamplificador u otro dispositivo siguiente en línea.
De esta forma, el transistor actúa como un convertidor de impedancia.
De manera similar, el transistor puede actuar como un «amplificador». Utiliza el voltaje de CA en la puerta para controlar un voltaje de CA más grande entre la fuente y el drenaje.
Tubo vacío
Antes de los transistores, existían los tubos de vacío (también conocidos como «válvulas»).
El tubo de vacío (en micrófonos de tubo) esencialmente hace el mismo trabajo que los transistores de estado sólido FET y JFET. Actúa para convertir la impedancia y proporcionar amplificación a las señales de CA de las cápsulas de micrófono.
El tubo de vacío “amplificador” más básico es un triodo (lo que significa que tiene el cátodo, el ánodo y la rejilla).
Veamos las partes de un simple tubo de vacío de triodo calentado indirectamente:
- Calentador (H): el calentador se alimenta externamente y calienta el cátodo.
- Cátodo (K): cuando se calienta, el cátodo negativo emite electrones que fluyen hacia el ánodo positivo.
- Ánodo/placa (A): la placa positiva recoge los electrones que fluyen desde el cátodo calentado.
- Rejilla (G): varía el flujo de electrones entre el cátodo calentado y el ánodo (placa).
Tenga en cuenta que en los primeros tubos «calentados directamente», el calentador y el cátodo se consolidan en una sola pieza llamada filamento.
En nuestros tubos de micrófono, aplicamos energía externa al calentador (generalmente desde una fuente de alimentación externa).
El calentador calienta el cátodo, que emite electrones. Estos electrones fluyen dentro del tubo de vacío (el vacío genera muy poca resistencia) al ánodo (placa) cargado positivamente.
La señal de salida de la cápsula controla la cuadrícula. La señal de CA de una cápsula de micrófono de tubo modula efectivamente la rejilla del tubo de vacío y varía el flujo de electrones desde el cátodo al ánodo.
Entonces, el ánodo (placa) “recolecta” una corriente eléctrica que coincide con la señal de CA de la cápsula.
El flujo de electrones dentro del tubo es generalmente más fuerte que la señal de la cápsula. Si pensamos en el tubo de vacío como un dispositivo de entrada/salida, veríamos que la salida (del ánodo) es una señal de CA más fuerte que la entrada (en la red).
Tenga en cuenta que esta «amplificación» es en realidad solo modulación, muy similar a los FET/JFET mencionados anteriormente.
El tubo de vacío también actúa como convertidor de impedancia. La señal de salida (del ánodo) tiene una impedancia más baja que la señal de entrada (en la red).
También vale la pena señalar que el tubo de vacío emite una señal desequilibrada con una impedancia que todavía es bastante alta. Por estas razones, los micrófonos de tubo a menudo tendrán transformadores reductores (o incluso PCB basados en transistores) entre el tubo y la salida.
Fuente de alimentación
Algunos micrófonos (especialmente los de tubo) requieren fuentes de alimentación externas dedicadas para funcionar correctamente.
Los micrófonos activos de todo tipo requieren algún tipo de potencia para funcionar correctamente. Puede ser alimentación fantasma, voltaje de polarización de CC, alimentación USB u otros tipos de alimentación. En otras palabras, no siempre es necesario que la fuente de alimentación sea una unidad independiente dedicada.
Conversor analógico a digital
En los micrófonos digitales como los micrófonos USB, existen convertidores de analógico a digital (ADC).
Estos ADC son necesarios dentro del diseño del micrófono para que el micrófono emita audio digital.
El micrófono como transductor es analógico. Convierte la energía de las ondas mecánicas en energía eléctrica (señales de audio analógicas).
Un ADC, como cualquier otra interfaz de audio digital, convierte la señal eléctrica del micrófono en los 1 y 0 del audio digital.
Conexión de salida
Finalmente, un micrófono no estaría completo sin una conexión de salida. Después de la conversión de energía; el ajuste de la impedancia de la señal; la amplificación; y el equilibrio, la señal del micrófono debe enviarse fuera del micrófono y en un dispositivo que pueda utilizar eficazmente su señal (preamplificador, mezclador, interfaz, etc.).
Hay muchos tipos de conexiones de salida de micrófono. Las conexiones de salida comunes incluyen:
- XLR
- TAF5
- USB
- TRS
- TRRS
La conversión de energía (de la onda de sonido a la señal de salida del micrófono)
Hemos discutido los conceptos básicos de cómo funcionan los micrófonos y los componentes que les permiten funcionar correctamente. Ahora echemos un vistazo a los diferentes tipos de transductores de micrófono y qué componentes utilizan para convertir energía.
Con cada tipo de micrófono, comenzaremos en la onda de sonido y terminaremos en la salida del micrófono.
Los tipos de micrófono que discutiremos aquí son:
Conversión de energía en un micrófono dinámico de bobina móvil
- Onda de sonido.
- Diafragma móvil y bobina conductora.
- Conversión de la energía de las ondas mecánicas en energía eléctrica mediante inducción electromagnética.
- La señal del micrófono aumenta de nivel a medida que pasa por un transformador elevador.
- La señal de micrófono se emite a través de la conexión de salida de micrófono.
Onda de sonido
Como siempre, la energía mecánica comienza como una onda de sonido.
Cartucho/diafragma de bobina móvil (transductor)
La onda de sonido hace vibrar el diafragma en el cartucho de bobina móvil. Hay una bobina conductora unida al diafragma que oscila junto con él.
Esta bobina conductora se mueve dentro de un corte cilíndrico dentro de un imán permanente. A medida que la bobina se mueve dentro del campo magnético, experimenta un flujo magnético fluctuante.
A través de la inducción electromagnética, se crea una fuerza electromagnética (voltaje) a través de la bobina. Dado que la bobina se mueve hacia adelante y hacia atrás con el diafragma, se crea un voltaje de CA.
Se toma un cable de cada extremo de la bobina para mover esta señal de micrófono de CA más abajo en la línea de energía.
Transformador elevador
A veces hay un transformador elevador en la salida de un micrófono de bobina móvil.
El transformador elevador está ahí principalmente para aumentar el voltaje de CA o la fuerza de la señal del micrófono.
Un transformador elevador es útil para llevar la impedancia de la señal a niveles de micrófono profesionales. A menudo, la impedancia de la señal del cartucho de bobina móvil es demasiado baja.
Además, el transformador protege el micrófono de voltajes de CC como la alimentación fantasma. Sin embargo, este voltaje de CC no necesariamente dañaría el robusto diafragma/cartucho de micrófono dinámico.
Conexión de salida
Finalmente, el micrófono debe tener una salida. A menudo, los micrófonos dinámicos de bobina móvil tendrán una salida XLR de 3 pines. Sin embargo, existen muchas otras posibilidades dependiendo del propósito del micrófono.
Conversión de energía en un micrófono dinámico de cinta
- Onda de sonido.
- Diafragma conductor móvil.
- Conversión de la energía de las ondas mecánicas en energía eléctrica mediante inducción electromagnética.
- La señal del micrófono se amplifica mediante un preamplificador activo (cinta activa) o aumenta de nivel a medida que pasa a través de un transformador elevador (cinta pasiva).
- La señal de micrófono se emite a través de la conexión de salida de micrófono.
Micrófono dinámico de cinta con salida acoplada por transformador
Onda de sonido
Como siempre, la energía mecánica comienza como una onda de sonido.
Diafragma/elemento de cinta
Las ondas sonoras aplican una presión variable sobre el diafragma delgado y ondulado en forma de cinta del micrófono de cinta.
El diafragma de cinta dinámica oscila hacia adelante y hacia atrás dentro de una estructura de deflector magnético. A diferencia de su contraparte de bobina móvil, el diafragma de cinta en sí es conductor.
A medida que la cinta conductora se mueve hacia adelante y hacia atrás, experimenta un flujo magnético cambiante en el campo magnético permanente. La inducción electromagnética induce un voltaje a través de la cinta.
Los cables conductores se toman de cada extremo de la cinta conductora y se envían para crear un circuito con el devanado primario del transformador elevador.
Transformador elevador
Los diafragmas de cinta emiten naturalmente señales de micrófono muy débiles (voltajes de CA). Por lo tanto, se necesita un transformador elevador para aumentar el voltaje a niveles utilizables.
Afortunadamente, la impedancia de la señal de cinta sin procesar también es baja y, por lo tanto, aumentar la señal no empuja la impedancia a niveles inutilizables.
Conexión de salida
Desde la salida (devanado secundario) del transformador elevador, la señal se emite a través de la salida del micrófono.
En términos generales, los micrófonos de cinta tienen salidas XLR, aunque es posible cualquier conector de salida.
Micrófono dinámico de cinta activa con circuito de salida FET sin transformador
Algunos micrófonos de cinta están activos con circuitos de estado sólido. Los micrófonos de cinta activos emitirán señales más fuertes que sus contrapartes pasivas (descritas anteriormente).
Echemos un vistazo más de cerca a cómo un micrófono de cinta FET activo típico convertiría energía:
Onda de sonido
Como siempre, la energía mecánica comienza como una onda de sonido.
Diafragma/elemento de cinta
El diafragma/elemento de cinta actúa como un transductor de la misma manera que lo describimos anteriormente.
Transformador elevador
El transformador elevador de un micrófono de cinta activo normalmente hará la mayor parte del trabajo pesado en términos de «amplificar» la señal.
Estos transformadores elevadores tienen relaciones de devanado secundario a devanado primario más altas que sus homólogos pasivos.
Una relación alta significa que el transformador elevador aumentará el voltaje significativamente a expensas de aumentar aún más la impedancia (a menudo demasiado alta).
Convertidor/amplificador de impedancia y fuente de alimentación CC
El convertidor/amplificador de impedancia activa suele ser una placa de circuito impreso basada en transistores.
La señal del transformador elevador tiene una impedancia muy alta. Los circuitos del convertidor de impedancia reducen efectivamente esta impedancia a niveles utilizables sin degradar la señal ni afectar demasiado la intensidad de la señal.
La mayoría de las veces, la energía requerida por el circuito activo es proporcionada por la alimentación fantasma (desde el preamplificador de micrófono o una fuente de alimentación fantasma independiente).
Conexión de salida
Como siempre, necesitamos una conexión de salida estandarizada para que el micrófono emita su señal.
Micrófono dinámico de cinta de tubo activo con salidas acopladas por transformador
Onda de sonido
Como siempre, la energía mecánica comienza como una onda de sonido.
Diafragma/elemento de cinta
El diafragma/elemento de cinta actúa como un transductor de la misma manera que lo describimos anteriormente.
Transformador elevador
Al igual que con el micrófono de cinta activo FET mencionado anteriormente, el micrófono de cinta de tubo depende en gran medida de su transformador elevador para aumentar la señal débil de su elemento de cinta.
Tubo de vacío y fuente de alimentación de CC
El tubo de vacío actúa esencialmente como otro paso de «amplificación» al mismo tiempo que cumple la función de conversión de impedancia.
La salida del transformador elevador se envía a la rejilla del tubo de vacío y modula la señal de salida más fuerte y de menor impedancia.
Los tubos de vacío generalmente requieren su propia unidad de fuente de alimentación separada para funcionar correctamente.
Tenga en cuenta que la salida del tubo de vacío está desequilibrada.
Transformador reductor
Esto parece contrario a la intuición, pero generalmente se requiere un transformador reductor en la salida del micrófono de cinta de tubo para «retocar» la señal. Actúa para equilibrar la señal y ajustar la impedancia.
Conexión de salida
Desde el transformador reductor, la señal sale del micrófono a través de la conexión de salida.
Con los micrófonos de tubo (incluidos los micrófonos de tubo de cinta), la conexión de salida a menudo se conecta a la unidad de fuente de alimentación. Por esta razón, los recuentos de pines altos son conectores de salida comunes para micrófonos de tubo.
Conversión de energía en un micrófono de condensador
- Onda de sonido.
- Diafragma móvil en un condensador de placa paralela de carga fija.
- Conversión de la energía de las ondas mecánicas en energía eléctrica. La señal eléctrica es inversamente proporcional a la distancia entre las placas paralelas.
- La señal del micrófono se amplifica inmediatamente y su impedancia se convierte (mediante transistor o tubo).
- La señal de micrófono se emite a través de la conexión de salida de micrófono.
Micrófono de condensador electret con circuito de salida FET sin transformador
Onda de sonido
Como siempre, la energía mecánica comienza como una onda de sonido.
Cápsula/diafragma de condensador electret
Las ondas sonoras aplican una presión variable al diafragma.
El material electret de una cápsula de condensador electret le da una carga permanente. Por lo tanto, el condensador de placas paralelas no requiere polarización externa para funcionar correctamente.
A medida que el diafragma se mueve, cambia la capacitancia de la cápsula de placas paralelas.
Dado que la carga es constante, cualquier cambio en la capacitancia provoca una carga inversamente proporcional en voltaje.
Entonces, a medida que el diafragma oscila, la cápsula genera un voltaje de CA.
Este voltaje de CA tiene una impedancia increíblemente alta, por lo que se requiere un convertidor de impedancia inmediatamente después de la cápsula. Enviar esta señal de alta impedancia a través de cualquier longitud significativa de cable degradará en gran medida su calidad.
Convertidor/amplificador de impedancia de transistor y fuente de alimentación CC
El convertidor/amplificador de impedancia de un micrófono electret es el componente activo y requiere alimentación externa.
Esto suele ser proporcionado por algún tipo de potencia de polarización de CC, aunque la alimentación fantasma es un método común para alimentar micrófonos de estudio electret.
Los transistores (FET y JFET) son las piezas centrales de los convertidores de impedancia activos. Reciben la señal de alta impedancia de la cápsula electret y la utilizan para modular una señal más fuerte y de menor impedancia en sus salidas.
Conexión de salida
Debido a que los micrófonos electret son tan populares, existen muchas conexiones de salida diferentes.
Los micrófonos Electret se encuentran en el mercado de micrófonos de estudio profesionales, pero también se encuentran en corbatas, audífonos, teléfonos celulares, computadoras portátiles y muchos productos electrónicos de consumo.
Verdadero micrófono de condensador con circuito de salida FET sin transformador
Onda de sonido
Como siempre, la energía mecánica comienza como una onda de sonido.
Diafragma/cápsula del condensador y fuente de alimentación de CC
La cápsula del condensador de placas paralelas del condensador «verdadero» funciona con los mismos principios que todas las demás cápsulas de condensador. La diferencia con las verdaderas cápsulas de condensador frente a las cápsulas de electret es que las verdaderas cápsulas de condensador están polarizadas externamente.
Los verdaderos condensadores suelen ser de calidad de estudio y, por lo tanto, están diseñados para funcionar con alimentación fantasma. Sin embargo, algunos pueden estar alimentados por otros medios.
Convertidor/amplificador de impedancia de transistor y fuente de alimentación CC
Al igual que con el micrófono de condensador electret activo, el verdadero condensador tiene una placa de circuito impreso centrada alrededor de algún tipo de transistor de conversión de impedancia (FET/JFET).
La ruta hacia el convertidor de impedancia debe ocurrir lo más cerca posible de la cápsula para que la señal no tenga la posibilidad de degradarse a medida que viaja por los cables.
La entrada de alta impedancia (puerta) del FET acepta la señal de la cápsula del micrófono. Esta señal luego modula una señal más fuerte y de menor impedancia que el micrófono eventualmente emitirá.
La alimentación de los circuitos activos de un verdadero condensador se logra a través de los mismos medios que polarizando su cápsula.
Conexión de salida
Los verdaderos condensadores se encuentran principalmente en el estudio, por lo que los conectores de salida XLR son comunes (son un estándar para usar con alimentación fantasma). Sin embargo, se pueden tener todo tipo de conexiones de salida con verdaderos micrófonos de condensador.
Verdadero micrófono de condensador con salida acoplada por transformador
Onda de sonido
Como siempre, la energía mecánica comienza como una onda de sonido.
Diafragma/cápsula del condensador y fuente de alimentación de CC
La verdadera cápsula de diafragma de condensador está polarizada externamente. Funciona con los mismos principios que cualquier otra cápsula de condensador.
La mayoría de las veces, este voltaje de polarización externo es suministrado por alimentación fantasma, aunque hay otras formas de hacerlo.
Convertidor/amplificador de impedancia de transistor y fuente de alimentación CC
El circuito activo se basa en un FET/JFET y actúa como un convertidor de impedancia y un amplificador de la señal de alta impedancia de la cápsula.
Transformador reductor
En muchos de los primeros micrófonos FET, se usaban transformadores reductores para equilibrar y ajustar aún más la impedancia de la señal de salida.
Conexión de salida
Cualquier conexión de salida se puede utilizar con un verdadero micrófono de condensador. Sin embargo, debido a su popularidad en las aplicaciones de estudio, sus conectores de salida suelen ser de tipo XLR.
Micrófono de condensador de tubo con salida acoplada a transformador
Onda de sonido
Como siempre, la energía mecánica comienza como una onda de sonido.
Diafragma/cápsula del condensador y fuente de alimentación de CC
La cápsula del condensador de tubo polarizado externo funciona con los mismos principios que cualquier otra cápsula de condensador de placas paralelas.
Utiliza una carga fija y una placa de diafragma móvil. A medida que se mueve el diafragma, la distancia entre las placas cambia, lo que provoca un cambio correspondiente en la capacitancia. Este cambio de capacitancia provoca una variación inversamente proporcional de voltaje a través de las placas.
El voltaje de CA a través de las placas es efectivamente nuestra señal de micrófono transducida.
La polarización externa de la cápsula del condensador de tubo la proporciona típicamente la misma fuente de alimentación que calienta el tubo de vacío.
Convertidor/amplificador de impedancia de tubo de vacío y fuente de alimentación de CC
El tubo de vacío se considera comúnmente el predecesor del transistor. En los micrófonos, esencialmente proporcionan la misma función.
La fuente de alimentación externa calienta el tubo, lo que provoca un flujo de electrones entre su cátodo y ánodo.
La señal de salida de alta impedancia de la cápsula controla la rejilla del tubo de vacío. La rejilla de un tubo de vacío altera efectivamente el flujo de electrones desde el cátodo al ánodo.
Por lo tanto, la señal de alta impedancia de la cápsula modula una señal más fuerte y de menor impedancia que sale del tubo.
El tubo «amplifica» efectivamente la señal mientras emite una señal utilizable de baja impedancia.
Las fuentes de alimentación externas se requieren con mayor frecuencia para calentar el tubo.
Transformador reductor
Un transformador reductor suele ser parte del diseño de un micrófono de tubo. Estos transformadores mejoran aún más la impedancia de la señal al mismo tiempo que equilibran la señal desequilibrada del tubo.
Conexión de salida
Debido a que el micrófono de tubo requiere alimentación externa, su conexión de salida a menudo tiene muchos pines y se conecta a una unidad de fuente de alimentación dedicada.
Verdadero micrófono de condensador con circuito de salida FET sin transformador
Onda de sonido
Como siempre, la energía mecánica comienza como una onda de sonido.
Diafragma/cápsula del condensador y fuente de alimentación de CC
La cápsula del micrófono de condensador de tubo está polarizada externamente a través de la fuente de alimentación del micrófono.
Aparte de eso, funciona con los mismos principios que cualquier otra cápsula de condensador.
Convertidor/amplificador de impedancia de tubo de vacío y fuente de alimentación de CC
El tubo de vacío funciona igual que el tubo en un micrófono de tubo acoplado por transformador.
Convertidor/amplificador de impedancia de PCB activo
En lugar de un transformador de salida, estos micrófonos de tubo utilizan circuitos activos para equilibrar la señal de salida del tubo. Estos circuitos también ajustan la impedancia de la señal.
Tenga en cuenta que la mayor parte de la conversión de impedancia y el «refuerzo» de la señal son proporcionados por el tubo. Esto permite que los micrófonos de tubo con PCB retengan en gran medida su «sonido de tubo».
Conexión de salida
Debido a que el micrófono de tubo requiere alimentación externa, su conexión de salida a menudo tiene muchos pines y se conecta a una unidad de fuente de alimentación dedicada.
Conversión de energía en un micrófono USB
- Onda de sonido.
- Diafragma móvil.
- Conversión de la energía de las ondas mecánicas en energía eléctrica mediante inducción electromagnética o principios electrostáticos (dinámicos o condensadores).
- La señal de micrófono analógico eléctrico se convierte en señal de audio digital a través de un convertidor interno de analógico a digital.
- La señal de micrófono digital se emite a través de la conexión de salida de micrófono.
Micrófono USB simplificado
Onda de sonido
Como siempre, la energía mecánica comienza como una onda de sonido.
Transductor
Aunque los micrófonos USB suelen tener cápsulas de condensador electret, pueden funcionar con cualquier tipo de transductor de micrófono.
Los transductores funcionarían según los mismos principios que cualquier otro transductor del mismo tipo.
Conversor analógico a digital
Los micrófonos USB (y otros micrófonos digitales) tienen ADC internos. Esto es lo que les permite ser micrófonos USB.
El ADC toma el voltaje CA analógico del transductor de micrófono y lo convierte en audio digital.
La profundidad de bits y la frecuencia de muestreo del convertidor se indican en la hoja de especificaciones del micrófono.
Conexión de salida
Como sugiere el nombre, los micrófonos USB tienen salidas USB. Estas salidas tienen 4 pines:
- El pin 1 proporciona +5 V CC. Esto se usa para alimentar el ADC y cualquier convertidor de impedancia que pueda usarse en la cápsula del micrófono.
- El pin 2 lleva datos -.
- El pin 3 lleva Data +.
- El pin 4 actúa como tierra.
preguntas relacionadas
¿Cómo funcionan los micrófonos inalámbricos? Los micrófonos inalámbricos funcionan para convertir el sonido en audio de la misma manera que los micrófonos con cable. Lo que hace que un micrófono sea inalámbrico es el transmisor inalámbrico, que toma la señal del micrófono emitida, la integra en una señal de radio de frecuencia única y la envía de forma inalámbrica a un receptor compatible.
¿Un micrófono necesita electricidad? Aunque todos los micrófonos emiten señales eléctricas de CA (señales de micrófono), no todos los micrófonos requieren electricidad para funcionar. Los micrófonos pasivos (como la dinámica de bobina móvil) no requieren alimentación externa para funcionar correctamente. Por el contrario, los micrófonos activos (como los condensadores) necesitan electricidad para funcionar.
