Impedância do microfone: o que é e por que é importante?
Ao ler a folha de especificações de um microfone, você sem dúvida encontrou valores para impedância de saída, impedância de carga nominal ou ambos. Compreender esses valores de impedância é crucial para realmente dominar os microfones.
Então, o que é impedância do microfone? Os sinais de microfone são tensões CA. A impedância é a «resistência AC» das tensões do sinal de áudio. A impedância controla o fluxo do sinal de áudio. Para que um sinal de microfone viaje de maneira ideal, a impedância de saída do microfone deve «combinar» ou «desviar» a impedância de entrada(impedância de carga) do pré-amplificador do microfone.
A ponte de impedância do microfone é fundamental para otimizar seus microfones. Se você estiver interessado em tirar o máximo proveito de seus microfones e pré-amplificadores, este artigo é para você!
Como bônus, também discutiremos a impedância interna dos microfones e tocaremos no design do microfone condensador para tornar este artigo um guia abrangente e detalhado sobre a impedância do microfone.
Contents
O que é impedância do microfone?
Vamos começar com uma visão geral da impedância:
- A impedância elétrica é uma medida da oposição/resistência a uma corrente alternada em um circuito quando uma tensão é aplicada.
- A impedância é medida em ohms(como resistência) e pode ser pensada como um tipo de «resistência CA» em um circuito CA.
Impedância, aplicada a microfones:
- Os sinais de áudio são tensões CA, pois possuem tensões negativas e positivas(a amplitude positiva e negativa do sinal). Os sinais de áudio são, portanto, correntes alternadas(com correntes negativas e positivas).
- A impedância do microfone controla o fluxo de corrente alternada em um circuito de áudio quando uma tensão de sinal de áudio é aplicada.
- Todos os microfones(como qualquer dispositivo eletrônico que gera tensão CA) têm uma impedância de saída.
- Um microfone cria um circuito com o pré-amplificador(ou outro dispositivo de áudio) ao qual está conectado. Esses pré-amplificadores têm impedância de entrada(conhecida como impedância de carga do microfone).
- A impedância de saída do microfone deve ser uma fração da impedância de entrada do pré-amplificador(impedância de carga) para que o circuito de sinal do microfone funcione de maneira ideal.
Os microfones são complexos. Resistores, capacitores, indutores, transformadores, tubos, transistores e outros componentes eletrônicos desempenham um papel na determinação da «resistência» geral de um microfone.
Para simplificar, consideramos a «resistência» total de um dispositivo como um número.
Este número é a impedância de saída, medida nos terminais de saída do microfone.
Um sinal de microfone só é transmitido quando o microfone é conectado a um pré-amplificador(ou ao próximo dispositivo de áudio na linha). A saída do microfone deve criar um circuito carregado para que o sinal de áudio do microfone se mova.
Portanto, é importante não apenas prestar atenção à impedância inerente do microfone, mas também à impedância do pré-amplificador ou dispositivo em linha.
Os dois valores críticos de impedância para operação adequada do microfone e transferência de sinal são:
- Impedância de saída: A impedância inerente do microfone através de sua conexão de saída.
- Impedância de carga: A impedância de entrada do dispositivo de áudio seguinte(normalmente um pré-amplificador de microfone) que compõe o circuito com a saída do microfone.
Alguns fabricantes de microfones anotam a impedância de saída e a impedância de carga nominal(impedância de carga ideal) em suas folhas de especificações. Outros não.
Como regra geral, a impedância de carga deve ser pelo menos 10 vezes maior que a impedância de saída do microfone. Algumas outras fontes afirmam 5 vezes mais. Contanto que a impedância de carga seja magnitudes maiores que a impedância de saída do microfone, o sinal do microfone deve fluir eficientemente do microfone para o pré-amplificador.
Quase todos os microfones de estúdio/ao vivo de nível profissional são projetados com baixa impedância de saída. Os pré-amplificadores profissionais geralmente são projetados com impedâncias de entrada altas o suficiente para obedecer à regra de 10x.
Portanto, não há muito com o que se preocupar. No entanto, conhecer a relação entre a impedância de saída do microfone e a impedância de carga do microfone é uma informação útil em muitos casos profissionais.
Vamos cavar mais fundo.
A impedância de saída de um microfone
Você encontrará um valor para sua impedância de saída na folha de especificações de qualquer microfone.
Qualquer microfone profissional é considerado «baixa impedância», o que significa aproximadamente uma impedância de saída na faixa de 50 ohms a 600 ohms. A maioria dos microfones profissionais tem uma impedância de saída entre 150 e 250 ohms.
As faixas gerais de impedância de saída para microfones são as seguintes:
- Microfones de baixa impedância: <600 Ω
- Microfones de impedância média: 600 Ω – 10.000 Ω
- Microfones de alta impedância: > 10.000 Ω
O Shure SM57 é um exemplo de microfone profissional com baixa impedância de saída de 150 Ω.
Observe que os microfones não têm «impedâncias de entrada» porque não recebem CA. Eles têm impedâncias de saída porque emitem tensões CA(sinais de microfone analógicos).
Dito isto, existem muitos dispositivos dentro de microfones ativos e passivos que convertem a impedância do sinal dentro do microfone. Esses componentes efetivamente possuem impedâncias de entrada e saída. Exemplos incluem amplificadores, válvulas, transistores e transformadores.
impedância nominal
A impedância de saída do microfone é, na verdade, específica da frequência. No entanto, em vez de fornecer gráficos, os fabricantes geralmente fornecem especificações de impedância de saída do microfone como impedância nominal.
A impedância nominal é a impedância de saída aproximada do microfone calculada em média sobre o espectro de frequência audível(20 Hz – 20.000 Hz).
Não há nenhum número que possa realmente nos dizer a impedância de um microfone. No entanto, o valor da impedância nominal tornou-se o padrão e geralmente podemos inferir o que precisamos desse valor único.
Mais sobre impedância específica de frequência mais adiante neste artigo!
Por que não existem microfones profissionais de alta impedância?
A única vantagem dos microfones de alta impedância é o baixo custo de fabricação. As desvantagens, no entanto, são realmente graves. Na verdade, eu diria que nunca existe uma aplicação para microfones de alta impedância em nenhum sistema de som ou gravação profissional.
Um bom exemplo de microfone de alta impedância seria um microfone de karaokê típico de consumidor.
Esses microfones de karaokê têm um nível de sinal de saída muito alto e, portanto, exigem uma saída de alta impedância. Este alto desempenho significa que não há amplificador ou estágios de ganho dentro do microfone, reduzindo drasticamente os custos de fabricação. Esses microfones não precisam de pré-amplificadores para trazer seus sinais do microfone para o nível de linha.
A grande desvantagem é que os microfones de alta impedância não funcionam bem em cabos longos. Quanto mais longo o cabo, pior o resultado.
Isso se deve à capacidade inerente de um cabo de microfone. Quando um sinal com alta impedância é enviado através de um cabo de microfone, ele essencialmente cria um sinal de alta impedância. Quanto mais longo o cabo, menor o «corte do filtro» e mais abafado o som.
Para adicionar insulto à lesão, quanto maior a impedância, mais suscetível o sinal é a interferências e ruídos externos. As interferências eletromagnéticas e de rádio pioram a relação sinal-ruído do sinal e pioram a qualidade.
Isso não é bom, e é por isso que as saídas de baixa impedância se tornaram o padrão para áudio profissional.
Por que os microfones profissionais são todos de baixa impedância?
Tudo se resume a proteger a qualidade do áudio. De que servem cápsulas e placas de circuito caras se o áudio do microfone se degrada no cabo à medida que viaja para o pré-amplificador?
Microfones de baixa impedância permitem cabos longos(o que for prático) sem degradação perceptível do sinal de áudio.
Essa degradação do áudio, em tese, ocorreria na forma de atenuação das altas frequências.
Como seus equivalentes de alta impedância, os microfones de baixa impedância na verdade têm atenuação de alta frequência que depende do comprimento do cabo. No entanto, o corte de atenuação ocorre em frequências muito além do espectro audível. Em outras palavras, não ouviremos a diferença.
A impedância de carga de um microfone
Cobrimos a impedância de saída do microfone e por que impedâncias de saída mais baixas são melhores. No entanto, para entender completamente a impedância do microfone, devemos entender o outro tipo de impedância envolvido com os sinais do microfone: impedância de carga.
A impedância de carga de um microfone é a impedância de entrada do dispositivo de áudio que segue o microfone na cadeia de sinal. Normalmente, o dispositivo é um pré-amplificador de microfone, mas também pode ser um filtro, pad ou outro dispositivo de áudio.
Queremos que a impedância de carga seja maior que a impedância de saída do microfone. Como mencionado acima, geralmente queremos que seja pelo menos 10x maior para obter melhores resultados(transferência máxima de tensão).
Essa transferência de tensão máxima é chamada de «ponte», embora às vezes seja confundida com o termo «casamento de impedância».
O Neumann KM 184 tem uma impedância de saída nominal baixa de apenas 50 Ω. Sua impedância de carga nominal é de 1 kΩ.
A impedância de carga recomendada é 20 vezes(pelo menos 10 vezes) a impedância de saída do microfone.
A verdadeira correspondência de impedância envolve ter a mesma impedância na saída do microfone e na entrada do pré-amplificador. A correspondência de impedância realmente degrada o sinal de áudio. Estamos preocupados com a ponte de impedância.
Impedância de carga e impedância de saída
Por que a impedância de carga deve exceder a impedância de saída do microfone?
Para entender melhor, vamos mudar nosso ponto de referência do microfone para o pré-amplificador de microfone. Nessa perspectiva, o microfone se torna a «fonte» e o pré-amplificador se torna a «carga»:
- A saída do microfone agora é «saída de fonte».
- A impedância de saída do microfone agora é “impedância de saída da fonte”.
Sem entrar em metáforas de canos de água e vias de tráfego, mostrarei a fórmula para transferência de tensão entre uma impedância de fonte e uma impedância de entrada:
Onde
- V L = Tensão na entrada do pré-amplificador.
- V S = Tensão na saída do microfone.
- Z L = Impedância de entrada do pré-amplificador(impedância de carga do microfone).
- Z S = Impedância de saída do microfone.
Isso pode ser visualizado como um divisor de tensão simples:
Tudo o mais constante, aumentando a impedância de carga «Z L » resulta em uma correspondência mais próxima entre a tensão de saída do microfone e a tensão de entrada do pré-amplificador.
Novamente, essa transferência de tensão máxima é chamada de «ponte de impedância» ou, alternativamente, «correspondência de tensão».
Estamos interessados na ponte e não na verdadeira correspondência de impedância. Novamente, se fôssemos igualar as impedâncias, a diferença de tensão resultaria em perda significativa de sinal no pré-amplificador.
Impedância de carga na folha de especificações
Às vezes, a folha de especificações de um microfone lista um determinado valor para sua «impedância de carga recomendada» ou «impedância de carga nominal».
A entrada do microfone no pré-amplificador deve corresponder ou exceder a impedância de carga recomendada para que o microfone tenha um desempenho ideal. Na verdade, todas as outras especificações de microfone dependem de atender ou exceder a impedância de carga nominal.
Observe que isso raramente é um problema com equipamentos de áudio profissionais, mas vale a pena saber.
Entradas e saídas de alta e baixa impedância
Conforme discutido, queremos uma impedância de saída de microfone baixa e uma impedância de carga relativamente alta(entrada de pré-amplificador).
Os pré-amplificadores modernos foram «padronizados» para ter uma alta impedância de entrada, então geralmente não há nada para se preocupar com a ponte de impedância do microfone para o pré-amplificador.
No entanto, alguns mixers e pré-amplificadores oferecem entradas de microfone e entradas de linha. É importante saber a diferença entre os dois, incluindo suas impedâncias de entrada, para conectar corretamente o microfone e o canal do mixer.
As entradas de microfone são quase sempre XLR fêmeas, enquanto as entradas de linha geralmente são conectores TRS de 1/4″. Simplesmente conectar um microfone via XLR a uma entrada de microfone não deve causar problemas!
Aqui vamos tocar um pouco no nível do microfone versus o nível da linha.
nível do microfone
- As fontes de nível de microfone estão na faixa de -60 dBV a -40 dBV(0,001 V a 0,010 V) com impedâncias de saída normalmente entre 150 Ω a 200 Ω.
- As entradas de nível de microfone(geralmente XLR) em pré-amplificadores e mixers geralmente têm uma impedância de entrada de pelo menos 1500 Ω e esperam uma tensão típica de um sinal de nível de microfone.
nível de linha
- As fontes de nível de linha são tipicamente em torno de 0 dBV(1 V), que é 100 a 1.000 vezes a voltagem de um nível de microfone.
- As impedâncias de saída de nível de linha geralmente variam de 100 Ω a 600 Ω.
- No entanto, as entradas de nível de linha(geralmente TRS) têm uma impedância de mais de 10.000 Ω e esperam uma tensão típica de um sinal de nível de linha.
nível do instrumento
- As fontes de nível de instrumento estão em algum lugar entre o nível de microfone e linha e geralmente precisam de um pré-amplificador para impulsioná-las para o nível de linha adequado.
- As impedâncias de saída do nível do instrumento podem se tornar muito altas. Uma guitarra elétrica, por exemplo, pode ter uma impedância de saída de 7.000 Ω a 15.000 Ω ou até mais.
- Por esta razão, as entradas de linha em pré-amplificadores e mixers podem vir com uma chave «Hi-Z» ou «linha/instrumento».
Contanto que conectemos nossos microfones às entradas de microfone, nunca devemos nos preocupar com entrada de microfone ou impedância de carga!
Conectando uma saída High-Z a uma entrada «Low-Z»
Uma saída de alta impedância geralmente sobrecarregará um pré-amplificador se for alimentada em uma entrada de nível de microfone de baixa impedância. Isso resultará em distorção e poderá até danificar o circuito do pré-amplificador!
Se você precisar, por exemplo, conectar um teclado(high-Z) à entrada de microfone de um canal do mixer(low-Z) por meio de um cabo XLR, é recomendável colocar uma caixa DI(caixa de injeção direta) em linha para converter o sinal de alta impedância para um sinal de baixa impedância antes da entrada do microfone.
Pelo que discutimos, é melhor conectar a caixa DI em linha o mais próximo possível da fonte de alta impedância. O cabo mais longo deve transportar o sinal de baixa impedância convertido para o pré-amplificador. Isso ajudará a preservar mais as altas frequências do sinal de áudio.
Conecte uma saída Low-Z a uma entrada “High-Z”
É aqui que fica um pouco confuso.
Digamos que nosso microfone seja Low-Z, o que é ideal. Da mesma forma, a entrada do mixer é Hi-Z, o que também é ideal. Então qual é o problema?
O problema é que as entradas de linha ou instrumento Hi-Z esperam um sinal de linha ou instrumento. Os sinais de linha e de instrumento têm voltagens muito mais altas do que os sinais de nível de microfone.
Conectar um microfone Low-Z a um instrumento High-Z ou entrada de linha resulta em um sinal de baixo nível. O sinal de áudio estará próximo ao nível de ruído e, portanto, qualquer aumento no pré-amplificador também aumentará o ruído.
Esta relação sinal-ruído ruim é indesejável, para dizer o mínimo!
Novamente, você provavelmente não terá esse problema se mantiver conexões simples de cabo XLR entre o microfone e a entrada do microfone.
As faixas gerais de impedância e tensão de várias entradas e saídas de sinal estão listadas na tabela a seguir:
| tipo de entrada/saída | Faixa de impedância típica | Faixa de tensão típica(nominal) |
|---|---|---|
| saída de nível de microfone | 50Ω a 600Ω | -60dBV(1mV RMS) a -40dBV(10mV RMS) |
| Entrada de nível de microfone | 1,5 a 15kΩ | -60dBV(1mV RMS) a -40dBV(10mV RMS) |
| Saída de nível de instrumento(Hi-Z) | 10kΩ a 100kΩ | -20dBu(77,5mV RMS) |
| Entrada de nível de instrumento(Hi-Z) | 47kΩ a mais de 10MΩ | -20dBu(77,5mV RMS) |
| Saída de nível de linha(profissional) | 75 a 600 Ω | +4dBu(1.228V RMS) |
| Entrada de nível de linha(profissional) | 10kΩ a 50kΩ | +4dBu(1.228V RMS) |
| Saída de nível de linha(consumidor) | 75 a 600 Ω | -10dBV(316mV RMS) |
| Entrada de nível de linha(consumidor) | 10kΩ a 50kΩ | -10dBV(316mV RMS) |
| Saída de nível de alto-falante | <100mΩ | 20 dBV a 40 dBV(10 V RMS a 100 V RMS) |
| Entrada de nível de alto-falante | 4 Ω a 16 Ω(4,8 ou 16 Ω) | 20 dBV a 40 dBV(10 V RMS a 100 V RMS) |
| saída auxiliar | 75Ω a 150Ω | -10dBV(0,300V RMS) |
| Entrada auxiliar | > 10kΩ | -10dBV(0,300V RMS) |
| Saída de fone de ouvido | 0,1Ω a <24Ω | N / D |
| Saída de amplificador de fone de ouvido | 0,5Ω a >120Ω | N / D |
| plug do fone de ouvido | 8Ω a 600Ω | N / D |
Ponte de impedância entre microfones de fita e pré-amplificadores
Os microfones exigem que suas impedâncias de carga sejam 10 vezes maiores do que suas impedâncias de saída para um desempenho ideal. Os microfones de fita passivos são os mais sensíveis a esse requisito. Então vamos falar sobre eles como um bom exemplo de ponte de impedância.
O que acontece quando a impedância de carga é muito baixa?
Quando a impedância de entrada do pré-amplificador é muito baixa, o microfone de fita passivo conectado sofre de várias maneiras:
- A própria fita pode ficar úmida, resultando em movimento restrito e som abafado.
- É necessário mais ganho de pré-amplificador, o que pode piorar a relação sinal-ruído.
- A clareza dos graves do sinal do microfone está comprometida.
- Distorções e artefatos podem ser introduzidos no sinal.
- Os transitórios são maçantes.
- A resposta de ponta está comprometida.
Nenhuma das opções acima é o que necessariamente queremos de um microfone de fita caro, portanto, garantir que tenhamos uma impedância de entrada de pré-amplificador alta o suficiente é crucial.
Impedância de saída específica de frequência
Sim, a impedância de saída do microfone depende da frequência.
Os microfones de fita geralmente têm um pico de frequência específico na impedância de saída que excede muito seu valor de impedância nominal.
Na frequência de ressonância dos microfones de fita, a impedância de saída pode aumentar várias vezes a impedância de saída nominal.
Por exemplo, o AEA R84 tem uma impedância de saída nominal de 270 Ω e uma impedância de carga nominal de 1,2 kΩ.
A impedância de carga nominal é apenas 5 vezes maior que a impedância de saída nominal.
No entanto, na frequência de ressonância do R84(16,5 Hz), a impedância de saída real atinge 900 Ω e cai à medida que nos movemos para o espectro audível. Para desbloquear totalmente a extremidade baixa de um AEA R84, seria necessário um pré-amplificador com uma impedância de entrada tão alta quanto 9kΩ.
A AEA recomenda que seu pré-amplificador TRP2 combine com seu microfone de fita passivo R84.
O TRP2 tem bastante ganho limpo(63 dB) para aumentar os sinais de baixo nível do microfone de fita passivo R84. Este pré-amplificador de microfone também foi projetado para aceitar e aumentar os sinais de nível de microfone.
O que mais nos interessa neste artigo é a impedância de entrada do TRP2:
- 63 kΩ quando a alimentação phantom está desligada. Isso é mais do que suficiente para obter a extremidade inferior completa dos microfones de fita passivos da AEA.
- 10 kΩ quando a alimentação phantom está ligada. Isso é, mais uma vez, mais do que suficiente para obter a extremidade inferior completa. Essa impedância de entrada é menor, pois os sinais ativos do microfone de fita exigem menos ganho do pré-amplificador.
A impedância de saída do microfone quase sempre aumenta em frequências mais baixas.
Escolhendo o pré-amplificador certo
A grande variação de impedância na resposta de frequência de um microfone de fita pode causar alguns problemas.
Um pré-amplificador de impedância muito alta é necessário para lidar com o verdadeiro potencial de um microfone de fita. Como discutido acima, vários problemas surgirão quando o pré-amplificador não tiver uma impedância de entrada alta o suficiente. O mais notável entre esses problemas é a perda de graves, onde a impedância real de saída do microfone é muito alta.
No entanto, alterar o som «verdadeiro» do microfone de fita pode ser usado de forma criativa.
Muitos profissionais de estúdio usam vários pré-amplificadores para obter sons diferentes de um único microfone de fita!
Pré-amplificadores de impedância variável, como o pré-amplificador em linha Cloudlifter CL-Z, são uma maneira divertida e fácil de alterar o som de microfones de fita e todos os outros microfones.
Impedância interna das cápsulas do condensador
Existem outras impedâncias de microfone além da impedância de saída e impedância de carga que precisamos conhecer.
A impedância interna das cápsulas de microfone condensador é um fator importante em seu design e deve fazer parte de nossa discussão mais ampla sobre impedância de microfone.
O projeto da cápsula do condensador é baseado em um condensador de placas paralelas. O diafragma móvel atua como uma placa frontal e a placa traseira é fixa.
Este capacitor funciona mantendo uma carga elétrica fixa que é fornecida por meios externos(alimentação fantasma ou fonte de alimentação externa) ou por material de eletreto, como é o caso dos microfones de eletreto.
Com uma carga fixa, qualquer mudança na capacitância causa uma mudança de tensão inversamente proporcional. A capacitância depende da distância entre as duas placas. Portanto, à medida que o diafragma se move para frente e para trás e a distância entre as placas varia, uma tensão CA(também conhecida como sinal de microfone) é produzida.
Essa é uma explicação muito básica da cápsula/transdutor do condensador eletrostático. O ponto principal a entender é que o pod deve manter uma carga elétrica constante para funcionar corretamente.
Para que a cápsula mantenha essa carga sem vazar, ela deve ter uma impedância incrivelmente alta. Essa alta impedância evita que a carga elétrica se dissipe fora da cápsula.
No entanto, essa alta impedância também se aplica aos cabos elétricos que levam o sinal do microfone para fora da cápsula. Portanto, um conversor de impedância deve ser incorporado ao projeto do microfone condensador para utilizar efetivamente o sinal do transdutor de cápsula.
Isso nos leva à próxima seção deste guia sobre impedância do microfone.
Conversores de impedância de microfone
Para realmente utilizar o sinal de impedância extremamente alta de sua cápsula, um microfone condensador deve ter um conversor de impedância imediatamente após sua cápsula em seu design.
Os conversores de impedância de microfone(ICs) podem ser baseados em tubo de vácuo(como é o caso de microfones condensadores de tubo) ou baseados em transistores(como é o caso de microfones condensadores de estado sólido). /FET).
CIs de tubo de vácuo e CIs de transistor funcionam essencialmente da mesma maneira. Ambos exigem que uma tensão externa seja aplicada para fazer com que uma corrente elétrica passe por eles. Esta corrente será finalmente o sinal convertido.
Enquanto o IC está funcionando, o sinal de alta impedância da cápsula é aplicado e modula efetivamente um sinal de nível mais alto e impedância mais baixa. Se pensarmos em um conversor de impedância como tendo uma entrada e uma saída, então o CI atua como um amplificador e um conversor de impedância.
O estudo de conversores de impedância de microfone é muito mais profundo do que esta explicação, mas isso é para um artigo diferente. O objetivo aqui era informar que tubos e transistores são necessários em microfones condensadores devido à alta impedância da cápsula condensadora.
perguntas relacionadas
Como o ganho do pré-amplificador afeta o sinal do microfone? O ganho do pré-amplificador aumenta os sinais de nível de microfone silencioso(-60 dBV a -40 dBV) para a potência dos sinais de nível de linha(ou dBV). Portanto, o ganho do pré-amplificador deve ser capaz de aumentar os sinais do microfone em até 60 dB. Aumentar o ganho do pré-amplificador pode adicionar ruído, corte leve ou alterar a resposta de frequência do sinal de áudio.
Todos os equipamentos profissionais são de baixa impedância? Todos os microfones profissionais são considerados de baixa impedância, mas nem todos os equipamentos profissionais são de baixa impedância. Guitarras elétricas, teclados e pedais de efeito são considerados de “alta impedância” e até produzem áudio desbalanceado.
