Como funcionam os microfones? (O Guia Ilustrado Final)
Não é sempre que pensamos em como os microfones funcionam. Os microfones fazem parte de nossas vidas diárias e, de alguma forma, são dados como garantidos, então fico feliz que você tenha perguntado como eles funcionam.
Como funcionam os microfones? Os microfones funcionam como transdutores, convertendo as ondas sonoras(energia das ondas mecânicas) em sinais de microfone/áudio(energia elétrica). Embora existam vários meios de conversão de energia em diferentes microfones, todos eles usam um diafragma que reage ao som e permite a conversão para um sinal de microfone.
Neste guia ilustrado útil, analisaremos detalhadamente o funcionamento interno dos microfones e descreveremos como todos os tipos comuns de microfone funcionam para converter som em áudio.
O que é um transdutor?
O que é um transdutor? Um transdutor é um dispositivo que converte uma forma de energia em uma forma diferente de energia.
Os microfones funcionam como transdutores, convertendo a energia das ondas mecânicas em energia elétrica. Simplificando, os microfones convertem as ondas sonoras em sinais de áudio.
O microfone como transdutor
O diafragma de um microfone reage às ondas sonoras às quais está submetido. À medida que o diafragma se move de acordo com os diferentes níveis de pressão sonora, o microfone produz um sinal de microfone correspondente.
Antes de nos aprofundarmos na mecânica de como um microfone converte energia, vamos definir melhor as energias em questão.
Energia mecânica das ondas(ondas sonoras)
O que é energia mecânica das ondas? A energia das ondas mecânicas é a energia transportada por uma onda mecânica(uma oscilação da matéria dentro de um meio). As ondas mecânicas e, portanto, a energia das ondas mecânicas, só podem ser transferidas em meios que possuem elasticidade e inércia(gás, líquido, sólido).
O que é uma onda sonora? Uma onda sonora é um tipo de onda mecânica definida pelo padrão de perturbação de partículas dentro de um meio elástico. As oscilações de distúrbios de partículas causadas por ondas sonoras são definidas dentro da faixa de 20 Hz e 20.000 Hz.
A força de uma onda sonora é geralmente medida em nível de pressão sonora(dB SPL) ou Pascal(Pa).
As ondas sonoras audíveis ocorrem na faixa de frequência de 20 Hz a 20.000 Hz. O infra-som inaudível ocorre abaixo de 20 Hz, enquanto o ultra-som inaudível ocorre acima de 20.000 Hz.
Quando digo «inaudível», quero dizer inaudível para humanos.
Energia elétrica(sinais de áudio)
O que é energia elétrica? “Energia elétrica” é definida como energia potencial elétrica. Ele é fornecido por corrente elétrica e potencial elétrico(tensão) e é fornecido através de circuitos elétricos. Nos tempos modernos, a energia elétrica é coletada e quase sempre convertida em algum outro tipo de energia(calor, movimento, luz, etc.).
O que é um sinal de áudio? Um sinal de áudio é um sinal elétrico que representa o som na forma de energia elétrica. Os sinais de áudio analógicos são medidos como tensões CA em milivolts(RMS) ou decibéis em relação à tensão(dBV ou dbu).
transdutores de microfone
Assim, os microfones convertem a energia mecânica em energia elétrica.
A maneira como eles fazem isso varia de um tipo de microfone para outro. Discutiremos como cada tipo de microfone funciona neste artigo.
Tipos de transdutores de microfone
Existem muitos tipos de microfones com muitos fatores para diferenciá-los. No entanto, quando se trata do tipo de transdutor, existem dois tipos principais de microfones:
- Transdutores dinâmicos de microfone.
- transdutores de microfone condensador.
O tipo de transdutor de microfone dinâmico
Quando usamos o termo «microfone dinâmico», geralmente nos referimos a um microfone dinâmico de bobina móvel.
No entanto, o tipo de transdutor dinâmico inclui microfones de fita e bobina móvel.
Qual é o tipo de transdutor de microfone dinâmico? Microfones dinâmicos convertem ondas sonoras em sinais de áudio usando indução eletromagnética. Ambos os microfones de bobina móvel e de fita possuem diafragmas condutores que vibram dentro de campos magnéticos permanentes. À medida que o diafragma se move com base na variação da pressão sonora, um sinal de microfone é induzido.
No diagrama acima, as ondas sonoras atingem o diafragma do microfone dinâmico Shure SM57 Moving Coil. O SM57 converte o movimento de seu diafragma em energia elétrica que é emitida como um sinal de microfone.
O diafragma se move de acordo com a pressão aplicada pelas ondas sonoras(energia mecânica). Anexado ao diafragma está uma bobina condutora que se move junto com o diafragma(daí o nome de microfone dinâmico de bobina móvel).
Observe que o diafragma em si não é condutor.
Existem ímãs dentro do cartucho do microfone(cápsula) que fornecem um campo magnético permanente. A bobina se encaixa em uma ranhura cilíndrica dentro dos ímãs para que não toque nos ímãs, mas seja fortemente afetada pelo campo magnético.
A indução magnética afirma que, à medida que a bobina condutora se move dentro de um campo magnético permanente, ela experimenta uma mudança no fluxo magnético. Um fluxo magnético variável na bobina condutora induz uma tensão através dela.
À medida que o diafragma se move para frente e para trás em equilíbrio com as ondas sonoras, o mesmo acontece com a bobina de acionamento. Isso induz uma mudança de tensão positiva em uma direção e uma mudança de tensão negativa na outra direção. Isso produz um sinal elétrico AC através da bobina.
Este sinal AC é muitas vezes passado através de um transformador elevador dentro do microfone e emitido como sinal de áudio do microfone.
No diagrama acima, as ondas sonoras atingem o diafragma do microfone de fita dinâmico AEA R84. O R84 converte o movimento de seu diafragma em energia elétrica que é emitida como um sinal de microfone.
O diafragma em forma de fita(daí o nome microfone de fita dinâmico) se move de acordo com a pressão aplicada pelas ondas sonoras(energia mecânica).
Os diafragmas de fita são feitos de material condutor(geralmente alumínio corrugado) e são colocados dentro de um defletor magnético que fornece um campo magnético permanente.
A indução magnética afirma que, à medida que o diafragma da fita condutora se move dentro de um campo magnético permanente, ele experimenta uma mudança no fluxo magnético. Um fluxo magnético variável no diafragma da fita induz uma voltagem através dele.
À medida que o diafragma se move para frente e para trás em equilíbrio com as ondas sonoras, uma tensão CA é induzida através dele.
Este sinal AC é muitas vezes passado através de um transformador elevador dentro do microfone e emitido como sinal de áudio do microfone.
O tipo de transdutor de microfone condensador
Qual é o tipo de transdutor de microfone condensador? Os microfones condensadores convertem as ondas sonoras em sinais de áudio com um diafragma móvel que atua como uma placa em um capacitor de placas paralelas de carga fixa. À medida que o diafragma se move, a distância entre as placas varia, alterando a capacitância e criando um sinal de microfone inversamente proporcional.
No diagrama acima, as ondas sonoras atingem o diafragma do microfone condensador Neumann KM 184. O KM 184 converte o movimento de seu diafragma em energia elétrica, que é finalmente emitida como um sinal de microfone.
O diafragma do condensador atua como a placa frontal em um tipo de condensador de placas paralelas(os condensadores costumavam ser chamados de condensadores).
Observe que algumas pessoas se referem aos microfones condensadores como microfones condensadores.
O condensador de placa paralela requer uma carga fixa para que o microfone condensador funcione corretamente. Isso geralmente é fornecido permanentemente por material de eletreto(capacitores de eletreto) ou externamente via energia CC(alimentação fantasma, polarização CC, etc.).
À medida que a pressão sonora variável move o diafragma para frente e para trás, a distância entre as placas paralelas muda. Isso causa uma flutuação coincidente na capacitância.
Em um capacitor de carga fixa, mudar a capacitância causa uma mudança inversamente proporcional na tensão através do capacitor.
Portanto, à medida que o diafragma se move para frente e para trás ao redor da balança, uma tensão CA é criada nas placas.
Esta tensão CA é retirada do capacitor e passada através de um conversor/amplificador de impedância(transistor ou tubo de vácuo). Depois de passar por mais alguns circuitos, esse sinal elétrico é emitido como sinal de áudio do microfone.
Como funcionam os transdutores de microfone líquido?
Como funcionam os transdutores de microfone líquido? Os microfones líquidos funcionam como um copo cheio de um líquido condutor(água e ácido sulfúrico). Um diafragma reage às ondas sonoras, fazendo com que uma agulha acoplada vibre de acordo com o líquido condutor. Isso causa variações coincidentes na resistência do circuito, o que causa um «sinal de áudio».
Como funcionam os transdutores de microfone de carbono?
Como funcionam os transdutores de microfone de carbono? O microfone de carbono funciona como uma cápsula com grânulos de carbono pressionados entre duas placas metálicas(diafragma e placa traseira). Uma voltagem através das placas gera corrente através dos grânulos. À medida que o diafragma se move, altera a pressão e a resistência dos grânulos, criando um sinal de microfone elétrico de baixa qualidade.
Como o microfone condensador, os dois fios elétricos do microfone de carbono são retirados de cada uma das placas.
Como funcionam os microfones de contato/transdutores piezoelétricos?
Como funcionam os transdutores de microfone de microfone de contato/piezoelétrico? Microfones piezoelétricos/de contato trabalham com materiais piezoelétricos(conhecidos como cristais) que produzem tensão CA(sinais de microfone) quando submetidos a pressão variável. Os cristais produzem sinais de microfone de alta impedância que combinam com as ondas sonoras ao seu redor.
Como funcionam os transdutores de microfone MEMS?
Como funcionam os transdutores de microfone MEMS? Os microfones MEMS(MicroElectrical-Mechanical System) funcionam com um diafragma e uma placa traseira fixa sobre uma cavidade em uma placa de base. Toda a “cápsula” de um microfone MEMS é gravada em uma pastilha de silício usando processamento MEMS. Os microfones MEMS possuem pré-amplificadores embutidos e conversores analógico-digitais e saída de áudio digital.
Como funcionam os transdutores de microfone a laser?
O que é um transdutor de microfone a laser? Microfones a laser funcionam com feixes de laser para detectar vibrações sonoras em objetos e superfícies. O feixe de laser é direcionado para uma superfície e reflete na superfície, retornando a um receptor que converte interferometricamente o feixe em um sinal de áudio.
O Diafragma e a Cápsula: Componentes Principais dos Transdutores de Microfone
O componente chave dos transdutores de microfone é o diafragma.
Na grande maioria dos microfones, o diafragma é uma parte óbvia do design. Mas mesmo o receptor/sensor de microfone a laser acima é considerado um diafragma.
O diafragma do microfone se move de acordo com a variação da pressão sonora ao seu redor. O diafragma, direta ou indiretamente, provoca a criação de um sinal elétrico que coincide com seu movimento.
Diafragmas vêm em uma variedade de materiais, formas, pesos, tensões e tamanhos.
O diafragma é fixado e funciona dentro da caixa do microfone. Dependendo do tipo de transdutor de microfone, o diafragma funciona dentro do seguinte «invólucro».
Sem o design adequado da cápsula, o diafragma do microfone seria ineficaz e o microfone não converteria energia. Vamos falar um pouco mais detalhadamente sobre diafragmas de microfone e suas caixas.
Cartucho de microfone dinâmico de bobina móvel de diafragma
A unidade transdutora do microfone dinâmico de bobina móvel é frequentemente chamada de cartucho ou ‘cápsula’ do microfone.
Dois cartuchos comuns de microfone dinâmico de bobina móvel são mostrados abaixo. O Shure R176 é um cartucho encontrado no Shure Beta 58A e o cartucho SM58 é encontrado no popular Shure SM58.
O cartucho de bobina móvel consiste em 5 componentes principais:
- Diafragma.
- Bobina condutora “em movimento”.
- Ímãs e peças de pólo.
- Alojamento.
- Cabos eléctricos.
Diafragma e elemento de microfone de fita dinâmico
A unidade transdutora do microfone de bobina móvel dinâmica é muitas vezes referida como o elemento ou «defletor» do microfone.
Abaixo está uma imagem do elemento defletor/fita do microfone de fita principal Royer R-121:
O elemento da correia/defletor consiste em 4 componentes principais:
- Diafragma.
- Ímãs e peças de pólo.
- Alojamento.
- Cabos eléctricos.
Cápsula de microfone condensador de diafragma
A unidade transdutora do microfone condensador é chamada de cápsula.
Abaixo estão as famosas cápsulas de microfone condensador de diafragma duplo AKG CK12 e Neumann K67. Cada uma dessas cápsulas foi apresentada em vários microfones de alta qualidade ao longo dos anos(principalmente o AKG C 12 e o Neumann U 67). Seus projetos foram replicados ano após ano desde a sua criação(1951 e 1960, respectivamente).
A cápsula do condensador consiste em 4 componentes principais:
- Diafragma(placa frontal).
- Placa traseira.
- Alojamento.
- Cabos eléctricos.
Outros componentes importantes do microfone para conversão de energia adequada
Embora não necessariamente façam parte do elemento transdutor de um microfone, os seguintes componentes são frequentemente necessários para que um microfone funcione adequadamente como transdutor.
Observe que nem todos os microfones possuem todos os componentes acima. No entanto, os microfones projetados com qualquer um dos componentes acima exigem que eles funcionem de forma eficaz para que o microfone funcione de forma eficaz.
Transformador
Muitos microfones são construídos com saídas acopladas a transformador.
O que é um transformador? Um transformador é um dispositivo elétrico passivo que conecta dois circuitos sem conectá-los fisicamente. Ele faz isso por indução eletromagnética, um núcleo magnético e enrolamentos condutores conectados em cada circuito. Os transformadores de microfone aumentam/diminuem a tensão CA, bloqueiam a tensão CC e ajustam a impedância.
Um transformador básico é composto por um enrolamento primário de fio condutor, um enrolamento secundário de fio condutor e um núcleo magnético.
Cada enrolamento faz parte de seu próprio circuito. Ambos os enrolamentos envolvem o núcleo magnético, mas não se tocam. Isso efetivamente «amarra» os dois circuitos sem conectá-los fisicamente.
Insira a IMAGEM AQUI
Vamos explicar como funciona um transformador de microfone básico:
O sinal CA do transdutor do microfone(e outros componentes entre o transdutor e o transformador) passa pelo enrolamento primário do transformador.
Este sinal de microfone AC no enrolamento primário induz um campo magnético variável e fluxo magnético dentro do núcleo magnético do transformador.
Esse fluxo magnético variável induz uma tensão CA relativa no enrolamento secundário, que faz parte do circuito de conexão de saída do microfone.
Em outras palavras, ter mais espiras no enrolamento secundário aumentará a tensão, diminuirá a corrente e aumentará a impedância(no circuito secundário). Isso é conhecido como um transformador elevador.
Por outro lado, ter menos espiras no enrolamento secundário diminuirá a tensão, aumentará a corrente e diminuirá a impedância(no circuito secundário). Isso é conhecido como um transformador abaixador.
Alguns microfones são projetados com transformadores elevadores, alguns com transformadores redutores e alguns sem transformador.
transformadores elevadores
Quando transformadores elevadores são usados, eles normalmente são projetados em microfones dinâmicos.
Os sinais AC gerados por cartuchos de bobinas móveis e elementos de fita são normalmente muito fracos. Eles têm baixa tensão e baixa impedância.
Os transformadores elevadores aumentam efetivamente a tensão CA para um sinal de nível de microfone mais saudável sem aumentar a impedância do sinal para níveis inutilizáveis.
transformadores abaixadores
Quando transformadores redutores são usados, eles normalmente são projetados em microfones ativos após o tubo ou conversor/amplificador de impedância baseado em FET.
Neste caso, o transformador é usado para reduzir a impedância do sinal do microfone antes da saída.
Tubos de vácuo e alguns designs de microfone FET emitem sinais de impedância relativamente alta(muito alta para uma transferência efetiva de sinal para pré-amplificadores profissionais). Os transformadores abaixadores reduzem a impedância de saída para um nível utilizável.
Os circuitos de tubo e transistor são projetados para fornecer «amplificação» suficiente ao sinal para que uma tensão forte ainda possa ser alcançada após o transformador abaixador.
Conversor/amplificador de impedância(transistor e PCB)
Muitos microfones são construídos com conversores/amplificadores de impedância ativos. Esses dispositivos ativos geralmente são feitos com uma placa de circuito impresso(PCB) baseada em um transistor de efeito de campo(FET) ou um transistor de efeito de campo de porta de junção(JFET).
O que é um conversor de impedância de microfone? Um conversor de impedância de microfone geralmente se refere a um circuito baseado em transistor de estado sólido que converte o sinal de alta impedância da saída da cápsula do condensador em um sinal de alta tensão e baixa impedância para a saída do microfone. Observe que os tubos de vácuo também são conversores de impedância.
O conversor/amplificador de impedância de microfone básico é construído em torno de um FET. Vamos discutir brevemente como funciona um FET:
FETs e JFETs são dispositivos eletrônicos semicondutores que usam um campo elétrico para controlar o fluxo de corrente. Esses dispositivos ativos possuem três terminais:
- Fonte(S): O terminal onde os portadores de carga(elétrons ou “buracos”) entram no canal(transistor).
- Dreno(D): O terminal onde os portadores de carga(elétrons ou “buracos”) saem do canal(transistor).
- Gate(G): o terminal que modula a condutividade do canal.
Antes de explicar o que isso realmente significa para um microfone, vamos dar uma olhada no diagrama de um FET:
Em um microfone ativo, o sinal(tensão CA) da cápsula do microfone é aplicado à porta do transistor para controlar a corrente e a tensão entre a fonte e o dreno.
Basicamente, o sinal na porta pode ser pensado como uma entrada, enquanto a saída pode ser vista como o sinal entre(e fora) a fonte e o dreno.
Nesta maneira excessivamente simplificada de ver as coisas, a entrada do FET/JFET controla a saída sem que os dois circuitos estejam fisicamente conectados. Desta forma, o transistor é semelhante ao transformador.
A impedância de entrada na porta é extremamente alta e capaz de receber o sinal de impedância muito alta de uma cápsula de microfone condensador típica. Em microfones condensadores FET, o transistor é frequentemente projetado o mais próximo possível dos terminais da cápsula para que o sinal não se degrade através dos terminais entre os dois dispositivos.
Em microfones de fita ativos, normalmente há um transformador elevador entre o elemento de fita e o transistor. O transformador elevador aumenta a tensão fraca da fita ao mesmo tempo que aumenta a impedância.
A impedância de saída do FET/JFET é muito menor e permite que o sinal de áudio de saída percorra o resto do circuito do microfone e através dos cabos do microfone para o pré-amplificador ou outro dispositivo próximo na linha.
Desta forma, o transistor atua como um conversor de impedância.
Da mesma forma, o transistor pode atuar como um «amplificador». Ele usa a tensão CA na porta para conduzir uma tensão CA maior entre a fonte e o dreno.
tubo vazio
Antes dos transistores, havia tubos de vácuo(também conhecidos como «válvulas»).
O tubo de vácuo(em microfones de tubo) essencialmente faz o mesmo trabalho que os transistores de estado sólido FET e JFET. Ele atua para converter a impedância e fornecer amplificação aos sinais AC das cápsulas do microfone.
O tubo de vácuo «amplificador» mais básico é um triodo(o que significa que tem o cátodo, o ânodo e a grade).
Vejamos as partes de um tubo de vácuo triodo aquecido indiretamente simples:
- Aquecedor(H): O aquecedor é alimentado externamente e aquece o cátodo.
- Cátodo(K): Quando aquecido, o cátodo negativo emite elétrons que fluem para o ânodo positivo.
- Ânodo/Placa(A): A placa positiva coleta elétrons que fluem do cátodo aquecido.
- Grade(G): varia o fluxo de elétrons entre o cátodo aquecido e o ânodo(placa).
Observe que nos primeiros tubos «aquecidos diretamente», o aquecedor e o cátodo são consolidados em uma única peça chamada filamento.
Em nossos tubos de microfone, aplicamos energia externa ao aquecedor(geralmente de uma fonte de alimentação externa).
O aquecedor aquece o cátodo, que emite elétrons. Esses elétrons fluem dentro do tubo de vácuo(o vácuo gera muito pouca resistência) para o ânodo(placa) carregado positivamente.
O sinal de saída da cápsula controla a grade. O sinal AC de uma cápsula de microfone de tubo modula efetivamente a grade do tubo de vácuo e varia o fluxo de elétrons do cátodo para o ânodo.
O ânodo(placa) então “coleta” uma corrente elétrica que corresponde ao sinal CA da cápsula.
O fluxo de elétrons dentro do tubo é geralmente mais forte que o sinal da cápsula. Se pensarmos no tubo de vácuo como um dispositivo de entrada/saída, veremos que a saída(do ânodo) é um sinal CA mais forte do que a entrada(na rede).
Observe que essa «amplificação» é, na verdade, apenas modulação, muito semelhante aos FETs/JFETs mencionados acima.
O tubo de vácuo também atua como um conversor de impedância. O sinal de saída(do ânodo) tem uma impedância menor do que o sinal de entrada(na rede).
Também vale a pena notar que o tubo de vácuo emite um sinal desequilibrado com uma impedância que ainda é bastante alta. Por essas razões, os microfones valvulados geralmente possuem transformadores redutores(ou mesmo PCBs baseados em transistores) entre o tubo e a saída.
Fonte de energia
Alguns microfones(especialmente microfones de tubo) requerem fontes de alimentação externas dedicadas para funcionar corretamente.
Microfones ativos de todos os tipos requerem alguma forma de energia para funcionar corretamente. Pode ser alimentação fantasma, tensão de polarização DC, alimentação USB ou outros tipos de alimentação. Em outras palavras, a fonte de alimentação nem sempre precisa ser uma unidade autônoma dedicada.
Conversor analógico para digital
Em microfones digitais como microfones USB, existem conversores analógico-digitais(ADCs).
Esses ADCs são necessários no design do microfone para que o microfone produza áudio digital.
O microfone como transdutor é analógico. Ele converte a energia das ondas mecânicas em energia elétrica(sinais de áudio analógicos).
Um ADC, como qualquer outra interface de áudio digital, converte o sinal elétrico do microfone nos 1’s e 0’s do áudio digital.
conexão de saída
Finalmente, um microfone não estaria completo sem uma conexão de saída. Após a conversão de energia; ajuste da impedância do sinal; amplificação; e equilíbrio, o sinal do microfone deve ser enviado para fora do microfone e para um dispositivo que possa efetivamente usar seu sinal(pré-amplificador, mixer, interface, etc.).
Existem muitos tipos de conexões de saída de microfone. As conexões de saída comuns incluem:
- XLR
- TAF5
- USB
- TRS
- TRRS
A conversão de energia(da onda sonora para o sinal de saída do microfone)
Discutimos os conceitos básicos de como os microfones funcionam e os componentes que permitem que eles funcionem corretamente. Agora vamos dar uma olhada nos diferentes tipos de transdutores de microfone e quais componentes eles usam para converter energia.
Com cada tipo de microfone, começaremos na onda sonora e terminaremos na saída do microfone.
Os tipos de microfone que discutiremos aqui são:
Conversão de energia em um microfone dinâmico de bobina móvel
- onda sonora
- Diafragma móvel e bobina de acionamento.
- Conversão da energia das ondas mecânicas em energia elétrica por indução eletromagnética.
- O sinal do microfone aumenta de nível à medida que passa por um transformador elevador.
- O sinal do microfone é emitido através da conexão de saída do microfone.
onda sonora
Como sempre, a energia mecânica começa como uma onda sonora.
Cartucho/diafragma da bobina móvel(transdutor)
A onda sonora vibra o diafragma no cartucho da bobina móvel. Há uma bobina condutora presa ao diafragma que oscila junto com ele.
Esta bobina condutora se move dentro de um recorte cilíndrico dentro de um ímã permanente. À medida que a bobina se move dentro do campo magnético, ela experimenta um fluxo magnético flutuante.
Através da indução eletromagnética, uma força eletromagnética(tensão) é criada através da bobina. Como a bobina se move para frente e para trás com o diafragma, uma tensão CA é criada.
Um fio é retirado de cada extremidade da bobina para mover este sinal de microfone AC mais abaixo na linha de energia.
Transformador step-up
Às vezes, há um transformador elevador na saída de um microfone de bobina móvel.
O transformador de reforço está lá principalmente para aumentar a tensão CA ou a força do sinal do microfone.
Um transformador elevador é útil para elevar a impedância do sinal aos níveis de microfone profissional. Muitas vezes, a impedância do sinal do cartucho da bobina móvel é muito baixa.
Além disso, o transformador protege o microfone de tensões DC, como alimentação fantasma. No entanto, esta tensão CC não danificaria necessariamente o robusto cartucho/diafragma dinâmico do microfone.
conexão de saída
Finalmente, o microfone deve ter uma saída. Muitas vezes, os microfones dinâmicos de bobina móvel terão uma saída XLR de 3 pinos. No entanto, existem muitas outras possibilidades, dependendo da finalidade do microfone.
Conversão de energia em um microfone de fita dinâmico
- onda sonora
- Diafragma condutor móvel.
- Conversão da energia das ondas mecânicas em energia elétrica por indução eletromagnética.
- O sinal do microfone é amplificado por um pré-amplificador ativo(fita ativa) ou aumentado em nível à medida que passa por um transformador elevador(fita passiva).
- O sinal do microfone é emitido através da conexão de saída do microfone.
Microfone de fita dinâmico com saída acoplada a transformador
onda sonora
Como sempre, a energia mecânica começa como uma onda sonora.
Elemento de diafragma/fita
As ondas sonoras aplicam pressão variável no diafragma fino, ondulado e em forma de fita do microfone de fita.
O diafragma de fita dinâmico oscila para frente e para trás dentro de uma estrutura de defletor magnético. Ao contrário de sua contraparte de bobina móvel, o próprio diafragma de fita é condutor.
À medida que a tira condutora se move para frente e para trás, ela experimenta um fluxo magnético variável no campo magnético permanente. A indução eletromagnética induz uma voltagem através da fita.
Fios de chumbo são retirados de cada extremidade da tira de chumbo e encaminhados para criar um circuito com o enrolamento primário do transformador elevador.
Transformador step-up
Diafragmas de fita naturalmente emitem sinais de microfone muito fracos(voltagens AC). Portanto, um transformador elevador é necessário para aumentar a tensão para níveis utilizáveis.
Felizmente, a impedância do sinal bruto da fita também é baixa e, portanto, aumentar o sinal não empurra a impedância para níveis inutilizáveis.
conexão de saída
Da saída(enrolamento secundário) do transformador elevador, o sinal é emitido através da saída do microfone.
De um modo geral, os microfones de fita têm saídas XLR, embora qualquer conector de saída seja possível.
Microfone de fita ativo dinâmico com circuito de saída FET sem transformador
Alguns microfones de fita estão ativos com circuitos de estado sólido. Os microfones de fita ativos emitirão sinais mais fortes do que seus equivalentes passivos(descritos acima).
Vamos dar uma olhada em como um típico microfone de fita FET ativo converteria a energia:
onda sonora
Como sempre, a energia mecânica começa como uma onda sonora.
Elemento de diafragma/fita
O elemento diafragma/fita atua como um transdutor da mesma forma descrita acima.
Transformador step-up
O transformador de reforço em um microfone de fita ativo normalmente fará a maior parte do trabalho pesado em termos de «amplificação» do sinal.
Esses transformadores elevadores têm razões de enrolamento secundário para enrolamento primário mais altas do que suas contrapartes passivas.
Uma relação alta significa que o transformador elevador aumentará a tensão significativamente à custa de aumentar ainda mais a impedância(muitas vezes muito alta).
Conversor/amplificador de impedância e fonte de alimentação DC
O conversor/amplificador de impedância ativa geralmente é uma placa de circuito impresso baseada em transistor.
O sinal do transformador elevador tem uma impedância muito alta. O circuito do conversor de impedância reduz efetivamente essa impedância para níveis utilizáveis sem degradar o sinal ou afetar muito a força do sinal.
Na maioria das vezes, a energia exigida pelo circuito ativo é fornecida pelo phantom power(do pré-amplificador de microfone ou de uma fonte de alimentação phantom power separada).
conexão de saída
Como sempre, precisamos de uma conexão de saída padronizada para o microfone emitir seu sinal.
Microfone de fita de tubo dinâmico ativo com saídas acopladas a transformador
onda sonora
Como sempre, a energia mecânica começa como uma onda sonora.
Elemento de diafragma/fita
O elemento diafragma/fita atua como um transdutor da mesma forma descrita acima.
Transformador step-up
Assim como o microfone de fita FET ativo mencionado acima, o microfone de fita de tubo depende muito de seu transformador de aumento para aumentar o sinal fraco de seu elemento de fita.
Tubo de vácuo e fonte de alimentação DC
O tubo de vácuo atua essencialmente como outra etapa de «amplificação» ao mesmo tempo em que desempenha a função de conversão de impedância.
A saída do transformador elevador é enviada para a grade do tubo de vácuo e modula o sinal de saída mais forte e de menor impedância.
Os tubos de vácuo geralmente requerem sua própria fonte de alimentação separada para funcionar corretamente.
Observe que a saída do tubo de vácuo é desequilibrada.
transformador abaixador
Isso parece contra-intuitivo, mas geralmente é necessário um transformador abaixador na saída do microfone de fita de tubo para «ajustar» o sinal. Ele atua para equilibrar o sinal e ajustar a impedância.
conexão de saída
Do transformador abaixador, o sinal sai do microfone através da conexão de saída.
Com microfones de tubo(incluindo microfones de tubo de fita), a conexão de saída geralmente é conectada à fonte de alimentação. Por esse motivo, contagens de pinos altas são conectores de saída comuns para microfones de tubo.
Conversão de energia em um microfone condensador
- onda sonora
- Diafragma em movimento em um capacitor de placas paralelas de carga fixa.
- Conversão da energia mecânica das ondas em energia elétrica. O sinal elétrico é inversamente proporcional à distância entre as placas paralelas.
- O sinal do microfone é imediatamente amplificado e sua impedância convertida(via transistor ou tubo).
- O sinal do microfone é emitido através da conexão de saída do microfone.
Microfone condensador de eletreto com circuito de saída FET sem transformador
onda sonora
Como sempre, a energia mecânica começa como uma onda sonora.
Cápsula/diafragma do condensador de eletreto
As ondas sonoras aplicam uma pressão variável ao diafragma.
O material de eletreto de uma cápsula condensadora de eletreto lhe dá uma carga permanente. Portanto, o capacitor de placas paralelas não requer polarização externa para funcionar corretamente.
À medida que o diafragma se move, a capacitância da cápsula de placas paralelas muda.
Como a carga é constante, qualquer mudança na capacitância causa uma carga que é inversamente proporcional à tensão.
Assim, à medida que o diafragma oscila, a cápsula gera uma tensão CA.
Esta tensão CA tem uma impedância incrivelmente alta, portanto, um conversor de impedância é necessário imediatamente após a cápsula. O envio desse sinal de alta impedância por qualquer comprimento significativo de cabo degradará muito sua qualidade.
Conversor/amplificador de impedância do transistor e fonte de alimentação DC
O conversor/amplificador de impedância de um microfone de eletreto é o componente ativo e requer alimentação externa.
Isso geralmente é fornecido por alguma forma de alimentação de polarização DC, embora a alimentação fantasma seja um método comum de alimentação de microfones de estúdio de eletreto.
Transistores(FETs e JFETs) são as partes principais dos conversores de impedância ativos. Eles recebem o sinal de alta impedância da cápsula de eletreto e o usam para modular um sinal mais forte e de baixa impedância em suas saídas.
conexão de saída
Como os microfones de eletreto são tão populares, existem muitas conexões de saída diferentes.
Os microfones de eletreto são encontrados no mercado profissional de microfones de estúdio, mas também são encontrados em gravatas, fones de ouvido, telefones celulares, laptops e muitos eletrônicos de consumo.
Verdadeiro microfone condensador com circuito de saída FET sem transformador
onda sonora
Como sempre, a energia mecânica começa como uma onda sonora.
Cápsula/diafragma do condensador e fonte de alimentação DC
A cápsula do condensador de placas paralelas do capacitor «verdadeiro» funciona com os mesmos princípios que todas as outras cápsulas do condensador. A diferença entre as cápsulas de condensador verdadeiras versus as cápsulas de eletreto é que as cápsulas de condensador verdadeiras são polarizadas externamente.
Os verdadeiros condensadores são geralmente de qualidade de estúdio e, portanto, projetados para funcionar com alimentação fantasma. No entanto, alguns podem ser alimentados por outros meios.
Conversor/amplificador de impedância do transistor e fonte de alimentação DC
Tal como acontece com o microfone condensador de eletreto ativo, o verdadeiro condensador tem uma placa de circuito impresso centrada em torno de algum tipo de transistor de conversão de impedância(FET/JFET).
O caminho para o conversor de impedância deve ocorrer o mais próximo possível da cápsula para que o sinal não tenha chance de se degradar à medida que percorre os cabos.
A entrada de alta impedância(gate) do FET aceita o sinal da cápsula do microfone. Este sinal então modula um sinal de impedância mais forte e mais baixo que o microfone eventualmente emitirá.
A alimentação do circuito ativo de um capacitor verdadeiro é realizada pelos mesmos meios que polarização de sua cápsula.
conexão de saída
Os capacitores verdadeiros são encontrados principalmente no estúdio, então os conectores de saída XLR são comuns(eles são um padrão para uso com alimentação fantasma). No entanto, você pode ter todos os tipos de conexões de saída com microfones condensadores verdadeiros.
Verdadeiro microfone condensador com saída acoplada a transformador
onda sonora
Como sempre, a energia mecânica começa como uma onda sonora.
Cápsula/diafragma do condensador e fonte de alimentação DC
A verdadeira cápsula do diafragma do condensador é polarizada externamente. Funciona com os mesmos princípios de qualquer outra cápsula condensadora.
Na maioria das vezes, essa tensão de polarização externa é fornecida por phantom power, embora existam outras maneiras de fazê-lo.
Conversor/amplificador de impedância do transistor e fonte de alimentação DC
O circuito ativo é baseado em um FET/JFET e atua como um conversor de impedância e amplificador para o sinal de alta impedância da cápsula.
transformador abaixador
Em muitos dos primeiros microfones FET, os transformadores abaixadores eram usados para equilibrar e ajustar ainda mais a impedância do sinal de saída.
conexão de saída
Qualquer conexão de saída pode ser usada com um microfone condensador verdadeiro. No entanto, devido à sua popularidade em aplicações de estúdio, seus conectores de saída são tipicamente do tipo XLR.
Microfone condensador de tubo com saída acoplada a transformador
onda sonora
Como sempre, a energia mecânica começa como uma onda sonora.
Cápsula/diafragma do condensador e fonte de alimentação DC
A cápsula do condensador de tubo polarizado externo funciona com os mesmos princípios que qualquer outra cápsula do condensador de placas paralelas.
Ele usa uma carga fixa e uma placa de diafragma móvel. À medida que o diafragma se move, a distância entre as placas muda, causando uma mudança correspondente na capacitância. Essa mudança na capacitância causa uma variação inversamente proporcional na tensão entre as placas.
A tensão AC através das placas é efetivamente nosso sinal de microfone transduzido.
A polarização externa da cápsula do condensador de tubo é normalmente fornecida pela mesma fonte de alimentação que aquece o tubo de vácuo.
Conversor/amplificador de impedância de tubo de vácuo e fonte de alimentação DC
O tubo de vácuo é comumente considerado o antecessor do transistor. Nos microfones, eles fornecem essencialmente a mesma função.
A fonte de alimentação externa aquece o tubo, causando um fluxo de elétrons entre o cátodo e o ânodo.
O sinal de saída de alta impedância da cápsula aciona a grade do tubo de vácuo. A grade de um tubo de vácuo altera efetivamente o fluxo de elétrons do cátodo para o ânodo.
Portanto, o sinal de alta impedância da cápsula modula um sinal mais forte e de baixa impedância que sai do tubo.
O tubo efetivamente «amplifica» o sinal enquanto emite um sinal utilizável de baixa impedância.
Fontes de alimentação externas são mais frequentemente necessárias para aquecer o tubo.
transformador abaixador
Um transformador abaixador geralmente faz parte do projeto de um microfone de tubo. Esses transformadores melhoram ainda mais a impedância do sinal enquanto também equilibram o sinal desbalanceado do tubo.
conexão de saída
Como o microfone valvulado requer alimentação externa, sua conexão de saída geralmente requer muitos pinos e se conecta a uma fonte de alimentação dedicada.
Verdadeiro microfone condensador com circuito de saída FET sem transformador
onda sonora
Como sempre, a energia mecânica começa como uma onda sonora.
Cápsula/diafragma do condensador e fonte de alimentação DC
A cápsula do microfone condensador de tubo é polarizada externamente através da fonte de alimentação do microfone.
Fora isso, funciona com os mesmos princípios de qualquer outra cápsula condensadora.
Conversor/amplificador de impedância de tubo de vácuo e fonte de alimentação DC
O tubo de vácuo funciona exatamente como o tubo em um microfone de tubo acoplado a transformador.
Conversor/amplificador de impedância PCB ativa
Em vez de um transformador de saída, esses microfones de tubo usam circuitos ativos para equilibrar o sinal de saída do tubo. Esses circuitos também ajustam a impedância do sinal.
Observe que a maior parte da conversão de impedância e «aumento» do sinal é fornecida pelo tubo. Isso permite que os microfones de tubo PCB retenham grande parte de seu «som de tubo».
conexão de saída
Como o microfone valvulado requer alimentação externa, sua conexão de saída geralmente requer muitos pinos e se conecta a uma fonte de alimentação dedicada.
Conversão de energia em um microfone USB
- onda sonora
- diafragma em movimento.
- Conversão da energia mecânica das ondas em energia elétrica por indução eletromagnética ou princípios eletrostáticos(dinâmicos ou de condensação).
- O sinal do microfone analógico elétrico é convertido em sinal de áudio digital através de um conversor analógico-digital interno.
- O sinal do microfone digital é emitido através da conexão de saída do microfone.
Microfone USB simplificado
onda sonora
Como sempre, a energia mecânica começa como uma onda sonora.
transdutor
Embora os microfones USB normalmente tenham cápsulas condensadoras de eletreto, eles podem funcionar com qualquer tipo de transdutor de microfone.
Os transdutores funcionariam com os mesmos princípios que qualquer outro transdutor do mesmo tipo.
Conversor analógico para digital
Microfones USB(e outros microfones digitais) possuem ADCs internos. Isso é o que permite que eles sejam microfones USB.
O ADC pega a tensão analógica AC do transdutor do microfone e a converte em áudio digital.
A profundidade de bits e a taxa de amostragem do conversor estão listadas na folha de especificações do microfone.
conexão de saída
Como o nome sugere, os microfones USB possuem saídas USB. Estas saídas têm 4 pinos:
- O pino 1 fornece +5 VCC. Isso é usado para alimentar o ADC e quaisquer conversores de impedância que possam ser usados na cápsula do microfone.
- O pino 2 carrega dados -.
- O pino 3 carrega Data +.
- O pino 4 atua como terra.
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Como funcionam os microfones sem fio? Os microfones sem fio funcionam para converter som em áudio da mesma forma que os microfones com fio. O que torna um microfone sem fio é o transmissor sem fio, que recebe o sinal do microfone de transmissão, integra-o em um sinal de rádio de frequência única e o envia sem fio para um receptor compatível.
Um microfone precisa de eletricidade? Embora todos os microfones emitam sinais elétricos CA(sinais de microfone), nem todos os microfones precisam de eletricidade para funcionar. Microfones passivos(como dinâmica de bobina móvel) não requerem alimentação externa para funcionar corretamente. Em contraste, microfones ativos(como condensadores) precisam de eletricidade para funcionar.
