¿Los micrófonos amplifican el sonido y/o el audio?

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Probablemente todos hemos escuchado el sonido de un micrófono amplificado a través de altavoces. Esto sucede a menudo en todo tipo de eventos y actuaciones. Un orador o cantante proyectará su voz en un micrófono y su voz se enviará a través de los altavoces a un volumen mucho más alto. ¿Cómo se amplifica este audio?

¿Un micrófono amplifica el sonido? Un micrófono es un transductor que convierte el sonido (energía de ondas mecánicas) en audio (energía eléctrica). Los micrófonos no amplifican el sonido, per se, aunque algunos micrófonos amplifican la señal de audio de sus cápsulas antes de que se emita la señal. Todos los micrófonos requieren una amplificación adicional más allá de la propia.

En este artículo, analizaremos en profundidad cómo un micrófono amplifica su señal, si es que lo hace. También veremos las etapas de ganancia típicas para obtener una señal de micrófono para producir sonido a partir de un altavoz.

Diferencia entre sonido y audio

Antes de entrar en el meollo de este artículo, analicemos la diferencia entre sonido y audio.

¿Qué es el sonido? El sonido es una vibración que oscila dentro de un medio y cambia la presión a lo largo de una onda dentro de ese medio (gas, líquido o sólido). Es una forma de energía ondulatoria mecánica. Las ondas sonoras audibles tienen frecuencias en el rango de 20 Hz a 20 000 Hz.

¿Qué es el audio? El audio es la representación eléctrica del sonido. El audio analógico es el sonido representado como voltaje de CA, mientras que el audio digital es el sonido representado en números binarios (frecuencia de muestreo y profundidad de bits). El sonido se puede convertir en audio a través de micrófonos y el audio se puede convertir en sonido a través de los altavoces.

Los micrófonos convierten el sonido en audio

Como se mencionó en los párrafos iniciales, los micrófonos son transductores que convierten el sonido en audio.

Independientemente del tipo de micrófono, la función de un micrófono es tomar las ondas sonoras en su diafragma y producir una señal de audio coincidente.

Los micrófonos tienen diafragmas, que son membranas delgadas y móviles en la cápsula del micrófono. Estos diafragmas son muy sensibles y se mueven en reacción a la presión cambiante en sus superficies. Esta presión cambiante es causada en gran parte por ondas sonoras.

A medida que se mueve el diafragma, se produce un voltaje de CA coincidente. Este voltaje de CA es esencialmente la señal del micrófono. Los micrófonos dinámicos (de bobina móvil y dinámicos) producen esta señal a través de inducción electromagnética, mientras que los micrófonos de condensador producen audio a través de principios electrostáticos.

Dependiendo del tipo y diseño del micrófono, esta señal se procesará más a través de otros componentes antes de ser emitida desde el micrófono.

¿Cómo amplifican el audio los micrófonos?

Permítanme comenzar a responder esta pregunta indicando que los micrófonos emiten señales de nivel de micrófono. Las señales de nivel de micrófono son voltajes de CA relativamente bajos, que oscilan aproximadamente entre 1 y 100 milivoltios (-60 dBV a -40 dBV).

Independientemente de si el micrófono proporciona amplificación o no, una señal de micrófono requerirá una mayor amplificación. Los preamplificadores de micrófono se utilizan para llevar las señales de nivel de micrófono al nivel de línea para su uso en equipos de audio profesionales. A continuación, se recurre a los amplificadores de potencia para amplificar las señales de nivel de línea con el fin de controlar correctamente los altavoces.

Con ese preámbulo fuera del camino, algunos micrófonos brindan amplificación.

¿Qué es la amplificación? La amplificación es el proceso de incrementar la fuerza o potencia de una señal. Los amplificadores pueden ser dispositivos naturales o artificiales. Con los micrófonos, estos amplificadores son artificiales y se enfocan en aumentar la señal eléctrica de los micrófonos.

Para permanecer fiel al término «amplificador», mencionaré aquí que algunos componentes de micrófono no son verdaderos amplificadores, aunque están diseñados para mejorar la intensidad de la señal. Haré distinciones a continuación.

En lugar de enumerar los amplificadores potenciales que se pueden encontrar en un micrófono, analicemos cualquier componente que cause un aumento en la intensidad de la señal:

Analicemos cada uno de estos con más detalle:

Convertidor de impedancia

Los convertidores de impedancia no son verdaderos amplificadores. Más bien, toman una señal de entrada de nivel más bajo y la usan para modular una señal de salida de nivel más alto.

Los convertidores de impedancia son componentes necesarios que se encuentran inmediatamente después de las cápsulas de las cápsulas de micrófono de condensador. Las cápsulas de condensador emiten señales con valores de impedancia increíblemente altos. Para que estas señales viajen sin una degradación significativa, es crucial que pasen por un convertidor de impedancia.

El convertidor de impedancia de un micrófono es esencialmente un transistor de efecto de campo (FET). Quizás el tipo de FET más común en los micrófonos es el transistor de efecto de campo de puerta de unión (JFET).

Diafragma básico de un convertidor de impedancia FET
Diafragma básico de un convertidor de impedancia FET
  • G: puerta.
  • S: fuente.
  • D: desagüe.

Los convertidores de impedancia de micrófono reciben la señal de alta impedancia de bajo nivel de la cápsula del micrófono en su puerta.

Esta señal de CA en la puerta se usa para modular la corriente (y voltaje) entre la fuente y el drenaje.

Podemos pensar que el convertidor de impedancia FET tiene una entrada (puerta) y una salida (fuente-drenaje). La señal de entrada es de bajo nivel y alta impedancia y controla una señal de salida más fuerte con una impedancia más baja.

De esta manera, el convertidor de impedancia actúa como un «amplificador» de la señal del micrófono (aunque no es un verdadero amplificador).

Tubo vacío

Los tubos de vacío no son verdaderos amplificadores. Más bien, toman una señal de entrada de nivel más bajo y la usan para modular una señal de salida de nivel más alto.

Antes de que la tecnología de transistores llegara a los micrófonos (en la década de 1960), se requerían tubos de vacío para convertir la impedancia de la señal del micrófono y proporcionar un aumento en la intensidad de la señal.

Los tubos de vacío se usaron, y todavía se usan, en micrófonos y particularmente en micrófonos de condensador. Se colocan inmediatamente después de las cápsulas de estos micrófonos para reducir la impedancia de la señal y aumentar la señal.

Un beneficio adicional de los tubos de vacío es el famoso «sonido de tubo» que aprecian muchos audiófilos, músicos e ingenieros de audio.

Diafragma básico de un tubo de vacío triodo
Diafragma básico de un tubo de vacío triodo
  • H: calentador.
  • K: cátodo.
  • A: ánodo.
  • G: cuadrícula

Básicamente, un tubo de vacío funciona así: un cátodo se calienta (directa o indirectamente mediante un calentador). A medida que el cátodo se calienta, emite electrones, que son atraídos por la placa del ánodo cargada positivamente.

Por lo tanto, al calentar el tubo de vacío, se produce una corriente eléctrica dentro del tubo y sale del tubo.

La señal de la cápsula del micrófono se envía a la rejilla del tubo triodo y controla el flujo de electrones desde el cátodo al ánodo.

La rejilla aceptará la señal de alta impedancia de bajo nivel de la cápsula y la usará para modular la corriente más fuerte y de menor impedancia entre el ánodo y el cátodo.

Si pensamos en el tubo triodo de un micrófono en términos de entradas/salidas, desarrollamos lo siguiente:

La rejilla es la entrada que recibe la señal de la cápsula.

El cátodo-ánodo es la salida, que emite una señal más fuerte que corresponde a la señal de entrada en la red.

Entonces, el tubo de vacío triodo actúa como un «amplificador» de la señal del micrófono (aunque no es un verdadero amplificador).

Transformador elevador

Los transformadores elevadores no son verdaderos amplificadores. Más bien, son dispositivos pasivos que toman una señal de entrada de nivel más bajo y la usan para modular una señal de salida de nivel más alto.

Los transformadores elevadores normalmente se encuentran en las salidas de los micrófonos dinámicos.

A través de los principios de la inducción electromagnética, el transformador elevador toma el voltaje de CA en un circuito y provoca un voltaje de CA «aumentado» o aumentado en un circuito secundario. Ambos circuitos son independientes y solo comparten el transformador en común.

Los transformadores tienen el beneficio adicional de bloquear el voltaje de CC.

Diafragma básico de un transformador elevador
Diafragma básico de un transformador elevador
  • MC: núcleo magnético.
  • P: devanado primario.
  • S: devanado secundario.

Un transformador elevador está hecho de un núcleo magnético central y dos devanados conductores conocidos como devanado primario y secundario.

El devanado primario es parte del circuito eléctrico que transporta la señal de audio convertida del diafragma. Dado que el devanado se enrolla alrededor del núcleo magnético, cualquier voltaje de CA (señal de micrófono) que lo atraviese provocará un flujo magnético cambiante dentro del núcleo. Esto se debe a la inducción electromagnética.

A medida que varía el flujo magnético del núcleo magnético, la inducción electromagnética hace que se cree un voltaje CA a través del devanado secundario, que también se enrolla alrededor del núcleo.

Entonces, el devanado primario es parte del circuito que transporta la señal del micrófono de la cápsula del micrófono. Este voltaje de CA causa un flujo magnético variable en el núcleo magnético, que, a su vez, induce un voltaje a través del devanado secundario. El devanado secundario completa un circuito con la salida del micrófono.

La relación de vueltas en las bobinas es igual a la relación de voltaje en las bobinas. Un transformador elevador tiene menos vueltas en la bobina primaria que en la bobina secundaria.

Como ejemplo simple, si la bobina primaria tiene la mitad de la cantidad de vueltas que la bobina secundaria, el voltaje a través del secundario será el doble que el del primario.

Si miramos un transformador elevador, podemos pensar en el devanado primario como la entrada y el devanado secundario como la salida. Dicho esto, el transformador solo actúa como un «amplificador», aunque no es un verdadero amplificador.

Placa de circuito impreso

Las placas de circuito impreso (PCB) pueden contener verdaderos amplificadores que realmente aumentan la ganancia de una señal de entrada y producen una señal de salida más fuerte.

Etapas de ganancia típicas desde micrófonos hasta altavoces

Ya sea que se trate de una pseudoamplificación o una amplificación real, los micrófonos solo aumentan un poco sus señales. A la salida de cualquier micrófono, la señal sigue estando al nivel del micrófono.

Para que esta señal relativamente débil mueva los conos de los altavoces y sea escuchada, necesitamos más amplificación más allá del micrófono en sí.

Para simplificar estos niveles con valores, he proporcionado la siguiente tabla:

  Intensidad de la señal del extremo inferior Intensidad de la señal de gama alta
Nivel de micrófono -60 dBV (1 milivoltio) -20 dBV (100 milivoltios)
Nivel de línea -10 dBV (316 milivoltios) Nominal (consumidor) +4 dBu = 1,78 dBV (1,23 milivoltios) Nominal (Profesional)

El nivel de altavoz tiene mucho más voltaje que el nivel de línea, pero depende en gran medida de la impedancia y el tamaño del altavoz que está manejando.

Ahora veamos algunas etapas de ganancia típicas para llevar la señal del micrófono al nivel del altavoz:

En los siguientes ejemplos, pondré en negrita los dispositivos que proporcionan amplificación a la señal.

  1. Micrófono
  2. Altavoz activo (entrada de micrófono)
  1. Micrófono
  2. Preamplificador de micrófono (entrada de micrófono)
  3. Mesa de mezclas o interfaz
  4. Amplificador de potencia (entrada de línea)
  5. Altavoz pasivo
  1. Micrófono
  2. Preamplificador de micrófono (entrada de micrófono)
  3. Mesa de mezclas o interfaz
  4. Altavoz activo (entrada de línea)

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