Microfones de bobina móvel dinâmica: o guia detalhado

Quando músicos e engenheiros de áudio dizem «microfone dinâmico», eles geralmente se referem a um microfone dinâmico de bobina móvel. Esses microfones populares são usados ​​em estúdios de transmissão, gravação e palcos ao vivo em todo o mundo.

O que é um microfone dinâmico de bobina móvel? Um microfone de bobina móvel dinâmica é um transdutor que converte ondas sonoras em sinais de microfone usando indução eletromagnética. À medida que o diafragma se move, uma bobina condutora acoplada oscila dentro de um campo magnético. Isso induz uma tensão CA na bobina, que é então emitida como um sinal de microfone.

Essa é a resposta rápida, mas entraremos em mais detalhes sobre os microfones de bobina móvel neste artigo. Antes de entrarmos no assunto, gostaria de apresentar um pequeno índice para facilitar a navegação.

A razão por trás do nome

Quando comecei a aprender sobre as diferenças entre os transdutores de microfone, pensei que os microfones dinâmicos eram chamados assim por causa de sua maior faixa dinâmica do que os microfones condensadores.

É verdade que, de um modo geral, um microfone dinâmico terá uma faixa dinâmica maior do que sua contraparte condensadora. Isso ocorre porque os microfones dinâmicos não têm ruído próprio e têm níveis máximos de pressão sonora extremamente altos.

No entanto, a faixa dinâmica não é a razão pela qual os microfones dinâmicos levam seus nomes.

O microfone dinâmico tem o nome de um de seus antecessores importantes: o dínamo!

O que é um dínamo? Um dínamo elétrico é um transdutor que, como os microfones, converte energia mecânica em energia elétrica por meio de indução eletromagnética.

O dínamo funciona girando bobinas de fio através de um campo magnético. O campo magnético é fornecido por um ímã permanente(ou ímãs) em dínamos menores ou por bobinas de campo em dínamos maiores.

De acordo com a lei de indução de Faraday, o movimento de uma bobina de fio condutor através de um campo magnético cria uma corrente elétrica no fio. Ao girar suas bobinas em uma direção em um campo magnético, o Dynamo cria uma corrente contínua pulsante.

Como nota lateral, «Dínamo» foi cunhado pela primeira vez pelo famoso Michael Faraday em 1831(ele também descobriu a lei da indução que leva seu nome)!

Do Dynamo ao microfone dinâmico

Os dínamos criam sinais DC(corrente contínua), mas os sinais de áudio são AC(corrente alternada).

Embora o microfone dinâmico seja baseado no princípio do dínamo, certamente não é um dínamo. A bobina de fio em um microfone dinâmico é transladada em duas direções(oscila para frente e para trás) através de um campo magnético. Este tipo de movimento induz uma corrente alternada através da bobina de fio em vez de corrente contínua(como o dínamo).

Os pequenos “dínamos AC” encontrados em microfones dinâmicos são tecnicamente chamados de ímãs.

O termo «bobina móvel»

Todos os microfones de bobina móvel são dinâmicos(são transdutores que funcionam de acordo com o princípio da indução eletromagnética). No entanto, nem todos os microfones dinâmicos possuem bobina móvel.

O popular microfone de fita também é um tipo de microfone dinâmico. E assim o termo «bobina móvel» é um diferencial entre os dois tipos de microfone quando necessário.

Os microfones dinâmicos de bobina móvel são muito mais populares do que os de fita. Por esse motivo, o termo simples «microfone dinâmico» é reservado para eles(vou usar os termos de forma intercambiável ao longo deste artigo). Microfones de fita dinâmicos são geralmente distinguidos e referidos como «microfones de fita».

O que é indução eletromagnética?

Então, o que é indução eletromagnética? A indução eletromagnética é a criação de uma tensão através de um condutor elétrico em um circuito fechado quando experimenta um campo magnético variável. É o princípio de funcionamento dos transdutores de microfone dinâmico.

Em um microfone dinâmico de bobina móvel, a bobina(condutor elétrico) se move através de um campo magnético permanente fornecido pelos ímãs permanentes do microfone. O campo magnético relativo à bobina de voz está mudando, então uma vez que fechamos um circuito com a bobina de voz(e a bobina se move), teremos uma corrente induzida eletromagneticamente(e um sinal de microfone)!

Existe uma lei física que é importante para nossa compreensão da indução eletromagnética. Esta é a lei de indução de Faraday.

Lei de indução de Faraday

O que é a lei de indução de Faraday? A lei de indução de Faraday afirma que a força eletromotriz(tensão induzida) em um circuito fechado é proporcional à taxa de tempo de variação do fluxo magnético através desse circuito.

Vamos dividir isso em definições menores para entender melhor no contexto de um microfone dinâmico de bobina móvel:

• Força eletromotriz(fem) ou “tensão induzida” – a tensão criada na bobina de voz como resultado da indução eletromagnética
• Circuito Fechado: Uma conexão elétrica completa na qual a corrente(neste caso, a corrente alternada) pode fluir.
• «Proporcional à taxa de mudança ao longo do tempo» – significa simplesmente que mudar o fluxo magnético resulta em uma tensão induzida.
• Fluxo Magnético: O campo magnético total que passa por uma determinada área.

No design do microfone de bobina móvel, temos um ímã permanente. Este ímã é complexo em design e possui um campo magnético complexo que se concentra em torno da bobina de voz.

A força do campo magnético pode ser medida com linhas de campo. Estes são vetores que mostram a força e a direção do campo magnético em qualquer ponto.

O fluxo magnético é a força do campo magnético sobre uma determinada área:

• Podemos imaginar que um forte fluxo magnético tem muitas linhas de campo fortes percorrendo uma grande área.
• Imagine que um fluxo magnético fraco tenha menos linhas de campo passando por uma determinada área.
• Se nenhuma linha de campo passa pela área(como se a área fosse paralela à direção das linhas de campo), então não há fluxo magnético!

O movimento da bobina de voz em um campo magnético permanente causa uma mudança no fluxo magnético na bobina de voz. Essa mudança no fluxo magnético na bobina de voz faz com que uma tensão CA seja criada através dela por indução eletromagnética. Esta tensão AC é então emitida como um sinal de microfone.

Dependendo da direção do deslocamento relativo entre o fio condutor e o campo magnético, uma tensão positiva ou negativa será aplicada ao condutor. Isso significa que estamos lidando com corrente alternada, que também é como os sinais de áudio funcionam(estamos chegando lá!).

Existem 3 fatores que determinam a quantidade de tensão que será aplicada na bobina de voz de um microfone dinâmico. São:

1. O número de loops na bobina de voz: Ao aumentar o número de loops na bobina condutora, aumentamos essencialmente o número de condutores que passam pelo campo magnético. A quantidade de tensão induzida na bobina de voz é a soma de toda a tensão em cada loop individual da bobina.
2. A velocidade da bobina de voz – Ao aumentar a velocidade da bobina de voz, nos movemos através do campo magnético mais rápido e, portanto, temos uma taxa mais rápida de mudança de fluxo magnético.
3. A força do campo magnético: Ao aumentar a força do campo magnético, temos um fluxo magnético maior quando as linhas do campo são perpendiculares a uma determinada área. Portanto, a mudança potencial no fluxo magnético é maior.

Em um microfone, o número de loops na bobina de voz e a força do campo magnético são constantes. Portanto, é a velocidade da bobina de voz que determina a mudança de tensão nessa bobina de voz.

O diafragma do microfone está ligado à bobina de voz. Então, é o movimento do diafragma que resulta em um sinal de áudio.

Anatomia de um microfone dinâmico

Microfones dinâmicos vêm em todas as formas e tamanhos. No entanto, por mais diferentes que sejam, seu princípio de funcionamento permanece o mesmo.

Existem muitas partes da anatomia do microfone que são comuns entre os microfones dinâmicos: o diafragma, a bobina de voz, os ímãs, etc. Sem entrar em todas as partes de um microfone, vamos falar sobre os elementos essenciais que compõem os microfones dinâmicos de bobina móvel.

As quatro partes determinantes de um microfone dinâmico de bobina móvel:

O diafragma dinâmico

O que é um diafragma de microfone? Um diafragma de microfone é uma membrana fina suspensa em suas bordas em uma cápsula de microfone. A finalidade de um diafragma é mover-se quando submetido à pressão sonora e, por sua vez, iniciar o processo de conversão de ondas sonoras em sinais de microfone/transdutor.

O diafragma do microfone dinâmico está conectado à bobina de voz e, portanto, quando a pressão sonora faz com que o diafragma vibre, a bobina de voz vibra com ela. Agora que entendemos a indução eletromagnética, podemos realmente entender o papel central que o diafragma desempenha em um microfone dinâmico.

De que é feito o diafragma?

Os diafragmas de microfone dinâmicos profissionais são normalmente feitos de filme de poliéster(também conhecido como «folha de plástico» ou pela marca comum «Mylar»). O tipo, grau e espessura exatos do filme de poliéster variam de microfone para microfone e de fabricante para fabricante.

Como a bobina de voz afeta o diafragma?

A bobina de voz é anexada a uma ranhura circular no diafragma. Se olharmos para um diafragma de microfone dinâmico, veremos um círculo menor dentro do diafragma que indica a posição da bobina de voz.

Essa ranhura significa que o diafragma não é uma peça lisa e, portanto, é difícil expressar exatamente como ele reage às frequências sonoras em todo o espectro audível.

Como a bobina de voz está conectada, ela adiciona uma massa relativamente grande ao diafragma. Este peso adicional reduz as frequências ressonantes do diafragma e torna mais difícil para as frequências mais altas(comprimentos de onda mais curtos) mover o diafragma. Ambos afetam a resposta geral de frequência do microfone.

Esta imagem mostra o tecido/espuma/plástico sobre o diafragma do Shure Beta 52A(esquerda) e Shure SM58(direita). Eu incluí links para verificar esses microfones na Amazon.

Os círculos internos do tecido/plástico combinam com a ranhura no diafragma necessária para a fixação da bobina de voz.

A remoção do pano teria exposto o diafragma para uma imagem melhor, mas eu não queria remover o pano úmido dos meus microfones.

Como o diafragma reage ao som?

É a diferença na pressão sonora entre a frente e a traseira do diafragma que faz com que o diafragma se mova para frente e para trás em sua posição de repouso. Observe que o deslocamento do diafragma é muito pequeno ao reagir a pressões sonoras variáveis. Mas não é preciso muito movimento para conseguir o que precisamos!

Manipular as diferenças na pressão do ar entre a frente e a parte de trás de um diafragma é como os fabricantes alcançam vários padrões polares.

Como a bobina de voz se move junto com o diafragma, o deslocamento do diafragma é crucial para obter um sinal forte de um microfone dinâmico de bobina móvel.

O driver(bobina móvel)

O que é um condutor elétrico? Um condutor elétrico é qualquer objeto ou material que permite que a eletricidade flua em uma ou mais direções.

A bobina de voz de um microfone dinâmico é uma bobina bem enrolada de fio condutor de pequeno diâmetro. Quase parece um pequeno anel.

A bobina se move com o diafragma através de um campo magnético fornecido pelo ímã permanente do microfone. Faz parte de um circuito fechado. A indução eletromagnética afirma que, à medida que o fio condutor se move através das linhas de campo do campo magnético, uma tensão é induzida através dele.

A bobina de voz é um dos dois principais componentes do transdutor em um microfone dinâmico de bobina móvel. A bobina móvel, juntamente com o ímã, transforma a energia das ondas mecânicas(som) em energia elétrica(sinais de microfone).

De que é feita a bobina móvel?

A bobina de voz é feita de material condutor, mas flexível. Isso geralmente significa cobre. Mais especificamente, uma bobina de voz típica é feita de fio de cobre isolado de diâmetro muito pequeno que é enrolado muitas vezes.

O cobre é mais comum não apenas por causa de seu preço, mas porque ajuda a maximizar a indução eletromagnética e a produzir um sinal de áudio forte.

• O cobre é altamente condutor(5,96 × 10 ⁷ Siemens por metro).
• O cobre é leve(8,96 g/cm ³) e permite que o combo diafragma/bobina seja mais reativo do que materiais mais pesados.

Como a bobina de voz é colocada no microfone dinâmico?

A bobina de voz, como mencionamos, está fisicamente conectada a um slot no diafragma.

Além do diafragma, a bobina de voz não toca em nada. A bobina é suspensa dentro da cápsula do microfone no que é conhecido como ‘espaço’ magnético especialmente projetado.

A lacuna é basicamente um anel de espaço vazio dentro da estrutura do ímã que é largo o suficiente para que a bobina de voz resida sem tocar no ímã. A peça do pólo norte magnético está normalmente no interior da bobina, enquanto a peça do pólo sul magnético está do lado de fora da bobina.

Observe que o fio tem um diâmetro muito pequeno, mas é enrolado muitas vezes na bobina geral. Isso produz três vantagens principais:

• A folga do ímã pode ser menor, concentrando(fortalecendo) o campo magnético ao redor da bobina.
• Um comprimento de cabo maior é possível na mesma quantidade de carretel. Isso aumenta a condutividade.
• Mais loops na bobina significam essencialmente um aumento no número de condutores que atravessam o campo magnético.

O ímã e seus pólos

O que é um ímã e quais peças polares? Um ímã é qualquer material ou objeto que produz um campo magnético. Pólos são massas de ferro ou outro material magnético que formam a extremidade de um eletroímã e trabalham para concentrar/direcionar as linhas de força magnética.

O ímã, completo com suas peças polares, geralmente tem uma forma complexa(um tanto estranha) dentro do microfone dinâmico.

O «layout típico» que discutirei aqui usa o seguinte:

• Anel magnético principal.
• Placa de poste superior em forma de anel.
• Placa de poste inferior em forma de disco.
• Poste cilíndrico.

O ímã permanente dentro de um microfone dinâmico fornece o campo magnético necessário para a conversão da energia das ondas mecânicas em energia elétrica. Sem o ímã, nenhuma indução eletromagnética ocorreria e nenhuma quantidade de deslocamento do diafragma ou movimento da bobina resultaria em qualquer sinal de áudio.

De que são feitos os ímãs e os pólos?

O ímã do anel principal deve ser forte para seu tamanho pequeno e geralmente é feito de ferrite forte ou neodímio.

As peças polares necessárias para «estender» adequadamente os pólos magnéticos do ímã e geralmente são feitas de ferro macio.

Como são montados os ímãs e os pólos?

O ímã precisa criar um campo magnético forte e concentrado em torno de nossa pequena bobina móvel de fio de chumbo.

Precisamos de um projeto específico e magneticamente complexo com um espaço circular para a bobina de voz residir. Além disso, normalmente precisamos que o interior do espaço seja o pólo norte do ímã e o exterior seja o pólo sul.

Isso não é prático com um único ímã. Portanto, as peças polares são incorporadas ao design.

O principal anel magnético de neodímio fornece a maior parte da força do campo magnético. O anel é colocado paralelo ao diafragma com seu pólo sul mais próximo do diafragma.

Um anel de polo superior é colocado no topo do ímã(lado do diafragma) para estender o polo sul.

A placa do polo inferior fica na parte inferior do diafragma e estende o polo norte.

Uma peça polar cilíndrica é então estendida do centro da placa polar inferior em direção ao diafragma, estendendo ainda mais o pólo norte do ímã.

Em resumo, o design dinâmico da cápsula/cartucho do microfone com bobina móvel implica o seguinte:

• Um ímã de anel(polo sul mais próximo do diafragma): Este é um ímã cilíndrico com um orifício circular no centro.
• Top Pole Ring(estende o polo sul do ímã em direção ao diafragma) – O anel superior possui um orifício interno um pouco maior que o diafragma da bobina de voz.
• Placa do polo inferior(estende o polo norte para longe do diafragma): A placa do polo inferior é na verdade uma placa e não possui furos em seu design. No centro da placa inferior, há uma peça polar que se estende até o diafragma.
• Peça polar(estende o pólo norte da placa inferior até o diafragma dentro da bobina de voz) – A peça polar é um pouco menor em diâmetro do que o interior da bobina de voz e estende o pólo sul do ímã para ficar nivelado com o poste superior prato.

Aqui está um diagrama de seção transversal que fiz para representar melhor visualmente a cápsula do microfone dinâmico.

• O diafragma é desenhado em laranja.
• A bobina móvel é desenhada em roxo.
• O ímã principal é desenhado em vermelho.
• As peças do pólo são desenhadas em verde.
• As ondas sonoras são representadas em preto.
• Os pólos da estrutura magnética geral são rotulados N(pólo norte) e S(pólo sul).
• Os fios de sinal nas extremidades da bobina de voz são desenhados em azul, completando um circuito elétrico com o transformador.

O circuito passivo/transformador de impulso

Agrupei aqui o circuito passivo e o transformador. Juntos, eles são compostos por:

• 2 fios de sinal(1 retirado de uma extremidade da bobina de voz).
• O transformador elevador.
• Cabos de sinal de áudio balanceados.
• Os pinos de saída do microfone.

Por que 2 fios de sinal são retirados da bobina de voz?

Para que a indução eletromagnética funcione corretamente, precisamos de mais do que apenas um campo magnético e uma bobina de fio condutor. Precisamos de um circuito fechado que inclua a bobina de fio!

Em um microfone dinâmico de bobina móvel, dois fios de sinal são conectados à bobina móvel: um em cada extremidade do fio de cobre bem enrolado. Esses dois fios de sinal se conectam a um transformador, fechando assim um circuito elétrico e permitindo que a indução eletromagnética ocorra.

O que é um transformador elevador?

O que é um transformador elevador? Um transformador elevador é um dispositivo elétrico passivo que transfere energia elétrica de um circuito elétrico para outro circuito(ou vários circuitos). Tem um enrolamento primário com menos espiras que o secundário para aumentar a tensão do primário para o secundário(enquanto reduz a corrente e a impedância).

Um transformador elevador «intensifica» ou aumenta a tensão do sinal recebido do circuito da bobina móvel. É um dispositivo elétrico que recebe um sinal de áudio de entrada CA(da bobina de voz) e produz um sinal de áudio de saída CA relacionado(na saída do microfone) sem qualquer conexão física entre entrada e saída.

O transformador elevador é projetado com duas bobinas separadas de fio isolado, ambas enroladas em torno do mesmo núcleo magnético. Essas duas bobinas nunca fazem uma conexão física entre si e, portanto, são isoladas uma da outra. Essas bobinas são chamadas de «enrolamentos».

Aqui está um desenho simples que fiz para representar o transformador elevador de um microfone dinâmico de bobina móvel:

• Os cabos de sinal são desenhados em azul.
• O enrolamento primário(em um circuito com a cápsula/cartucho) é desenhado em laranja.
• O núcleo magnético é desenhado em vermelho.
• O enrolamento secundário(em um circuito com a conexão de saída do microfone) é desenhado em verde.
• O grifo central é desenhado em roxo.

Vamos analisar cada um dos enrolamentos e seus circuitos:

• O enrolamento primário completa um circuito AC com a bobina de voz da cápsula dinâmica(esta é a “entrada” do transformador do microfone).
• O enrolamento secundário completa um circuito AC(um sinal de áudio balanceado) com a saída do microfone.

Os enrolamentos geralmente são feitos de fio de cobre condutor e o núcleo magnético é feito de materiais como ferro e ferrite.

A corrente alternada do enrolamento primário induz um campo magnético variável no núcleo magnético do transformador que, por sua vez, induz uma corrente alternada do enrolamento secundário.

Isso se deve a um fenômeno chamado acoplamento indutivo, que afirma que sempre que um sinal CA passa pelo enrolamento primário, um sinal CA relacionado aparece no enrolamento secundário. O acoplamento indutivo, como a indução eletromagnética que ocorre na cápsula do microfone dinâmico, é baseado no princípio do eletromagnetismo.

Vamos relembrar os 3 fatores que determinam a quantidade de tensão que pode ser induzida eletromagneticamente em uma bobina condutora:

1. O número de loops na bobina.
2. A velocidade da bobina através de um campo magnético.
3. A força do campo magnético.

Não há movimento relativo ou mudança relativa na força do campo magnético entre os enrolamentos primário(entrada) e secundário(saída) do transformador. Portanto, o número de loops no enrolamento secundário deve ser maior que o número de loops no primário para que o sinal seja efetivamente “reforçado”.

A relação de espiras entre os enrolamentos primário e secundário é teoricamente igual a:

• A relação de tensão entre os enrolamentos primário e secundário.
• A relação de corrente entre os enrolamentos secundário e primário.

Assim, um transformador elevador aumenta a tensão do sinal de áudio enquanto diminui a corrente do sinal de áudio.

Qual é o propósito de um transformador em um microfone dinâmico de bobina móvel?

Os microfones dinâmicos são projetados com transformadores elevadores para:

• Aumente ou “eleve” a tensão do sinal induzido.
• Aumente a impedância da tensão do sinal induzido.
• Altere o sinal induzido em um sinal de áudio balanceado.
• Proteja o microfone da tensão DC como alimentação fantasma.
• Ajuda a isolar o microfone de outros dispositivos eletrônicos e RFI.

Aumente ou «intensifique» a tensão do sinal induzido

Um transformador com mais espiras em seu enrolamento secundário do que em seu enrolamento primário aumentará a tensão do sinal.

Aumente a impedância da tensão do sinal induzido

Todos os outros fatores sendo iguais, um maior número de voltas em uma bobina é igual a uma maior impedância. Como o enrolamento secundário tem mais voltas na bobina do que o enrolamento primário, aumentamos efetivamente a impedância e a força do sinal de áudio.

Isso é importante, pois o sinal induzido na bobina de voz é fraco e tem uma impedância muito baixa.

A relação da impedância primária para a impedância secundária é o quadrado da relação de espiras, portanto, há um aumento considerável na impedância entre a entrada e a saída do transformador elevador.

Alterar o sinal induzido em um sinal de áudio balanceado

O transdutor muda nosso sinal não balanceado da cápsula do microfone para um sinal balanceado na saída do microfone. Isso é feito através de uma derivação central no enrolamento secundário.

Uma derivação central é um ponto de contato feito no ponto médio de um condutor(neste caso, o enrolamento secundário). A derivação central efetivamente quebra a tensão total no enrolamento secundário em duas metades e a separa em dois sinais.

Esses dois sinais estão em polaridade oposta um do outro, que é exatamente o que precisamos para um sinal de áudio balanceado.

• O fio do pino 2 leva a metade da «polaridade positiva» do enrolamento.
• O fio do pino 3 leva a metade «polaridade negativa» do enrolamento.

O pino 1 ou terra completa a saída balanceada de um microfone de bobina móvel dinâmica profissional.

Uma nota lateral realmente interessante aqui é que, devido à natureza bidirecional do transformador, sua saída(enrolamento secundário) pode se tornar sua entrada(enrolamento primário). Isso significa que se enviarmos um sinal de áudio para o microfone(em sua saída), podemos efetivamente «reduzi-lo» e enviá-lo para a bobina de voz. A bobina de voz começará a se mover devido ao seu próprio campo magnético, transformando efetivamente nosso microfone dinâmico em um alto-falante muito pequeno. O design da cápsula dinâmica é muito semelhante ao de um alto-falante, e o microfone dinâmico é frequentemente chamado de «alto-falante de cabeça para baixo».

Proteja o microfone da tensão DC, como alimentação fantasma

A tensão CC não causa um campo magnético alternado. Portanto, os transformadores não permitem que nenhuma tensão CC passe por eles, efetivamente «protegendo» qualquer microfone dinâmico de alimentação fantasma de 48 volts CC ou qualquer outra quantidade de tensão CC.

Ajuda a isolar o microfone de outros dispositivos eletrônicos e RFI

Os transformadores também isolam seus microfones de outros dispositivos eletrônicos e bloqueiam RFI(interferência de radiofrequência). Isso ocorre porque o primário e o secundário não se tocam fisicamente. Podemos resolver problemas de zumbido isolando(«levantando») o solo de diferentes dispositivos.

Observe que alguns microfones dinâmicos de bobina móvel não possuem um transformador e contam com um circuito pré-amplificador embutido para amplificar e equilibrar o sinal enquanto rejeitam RFI e zumbido AC. Alguns microfones também incluem um tipo de bobina humbucker(como nos captadores de guitarra) para ajudar a reduzir o zumbido no sinal de áudio.

Além disso, lembre-se de que nem todos os transformadores são construídos da mesma forma e a qualidade do transformador afetará a resposta de frequência e a entrada de tensão máxima antes da distorção. Transformadores baratos geralmente degradam o sinal. Mais sobre isso na seção Otimizando o Microfone Dinâmico de Bobina Móvel.

A calha porta-cabos: da fonte sonora à saída do microfone

Achei que seria legal descrever o caminho energético dos vocais através de um microfone dinâmico. Vou me referir ao som/áudio como energia para aprofundar nossa compreensão do microfone como um transdutor(um dispositivo que converte uma forma de energia em outra forma de energia).

Aqui está uma lista das formas de energia que estarão envolvidas nesta seção:

• Energia Mecânica das Ondas: A energia associada ao movimento e à posição de um objeto físico.
• Energia acústica: a energia associada à vibração da matéria em um fluido(ar) ao longo de uma onda mecânica(onda sonora).
• Energia Elétrica: A energia associada com a tensão e corrente através de um circuito.

Observe que estas não são descrições perfeitas, apenas breves explicações para ajudar a evitar confusão.

Vamos começar com a primeira interação que o microfone tem com as ondas sonoras vocais.

• O som vibra ao redor do diafragma. Energia acústica.

• A diferença de pressão sonora entre a parte frontal e traseira do diafragma faz com que ele vibre para frente e para trás em torno de sua posição de repouso. Transdução de energia acústica para mecânica das ondas.

• A bobina de voz é anexada à bobina de voz e se move com ela. energia mecânica .

• O movimento da bobina no campo magnético faz com que uma tensão CA seja induzida através dela. Transdução de onda mecânica em energia elétrica .

• Um fio de sinal de cada extremidade da bobina de voz faz um circuito com o enrolamento primário do transformador elevador. Energia Elétrica .

• A tensão CA através do enrolamento primário induz um campo magnético variável no núcleo magnético do transformador. Energia Elétrica .

• O campo magnético variável no transformador elevador induz uma tensão CA mais alta no enrolamento secundário. Energia elétrica.

• A bobina secundária está no centro, criando polaridade reversa nos pinos 2 e 3(áudio balanceado). Energia elétrica.

• O pino 1 é conectado ao terra no microfone e, junto com os pinos 2 e 3, o sinal de áudio é enviado pela saída do microfone. Energia Elétrica .

Para onde enviamos esse sinal de áudio de saída está além do escopo deste artigo, mas pode ser para um pré-amplificador de microfone, uma interface de áudio, diretamente para um mixer ou alto-falante etc. Existem muitas opções!

Otimização dinâmica de microfone de bobina móvel

Então agora temos uma ideia sólida de como o microfone dinâmico de bobina móvel converte som em sinais elétricos. No entanto, isso não significa necessariamente que o sinal de áudio soa bem.

Existem alguns problemas inerentes aos microfones dinâmicos que precisam ser «consertados» para que seus sinais de saída possam ser usados ​​no mundo real.

Vamos falar sobre como os fabricantes resolvem os seguintes problemas inerentes aos microfones dinâmicos de bobina móvel:

• Resposta de frequência não linear.
• Ruído de manuseio devido a vibrações mecânicas.

Resposta de frequência induzida não linear

O grande problema, simplificado demais, é a resposta em frequência. O sinal de áudio “básico” que recebemos de um diafragma, bobina de voz, ímã e transformador tem uma resposta de frequência não linear.

Por que as respostas de frequência dos microfones dinâmicos de bobina móvel são intrinsecamente coloridas?

• A frequência de ressonância do diafragma(depende da forma, tamanho, rigidez, massa do diafragma e massa da bobina de voz).
• Carcaça, grade, tecido e outros materiais(que amortecem as frequências mais altas/têm suas próprias frequências de ressonância).
• A massa do diafragma e da bobina de voz cria inércia e torna o microfone menos sensível a comprimentos de onda curtos/frequências altas.
• Os transformadores geralmente produzem baixas e altas frequências.

frequências de ressonância acústica

Como o diafragma de um microfone dinâmico está conectado a uma bobina de voz(e, portanto, tem mais massa), ele tende a ter uma frequência de ressonância baixa que está no alcance da nossa audição.

O diafragma está sujeito ao maior deslocamento em sua frequência de ressonância. Esse deslocamento maior significa que o microfone gerará o maior ganho nessa frequência, tornando a resposta de frequência do microfone não linear.

Para minimizar ou “amortecer” essa frequência ressonante, os fabricantes usam cavidades de ar sintonizadas atrás e ao redor do diafragma, juntamente com material de pano de amortecimento com impedância acústica específica.

As cavidades de ar são dimensionadas de modo que as ondas estacionárias dentro delas cancelem os efeitos da frequência ressonante da combinação diafragma/bobina de voz. O pano de amortecimento é colocado dentro das cavidades do microfone e possui uma impedância acústica específica que é mais forte na frequência de ressonância.

Pequenos slots são frequentemente dispostos em diafragmas de microfone dinâmicos para «suavizar» os picos em frequências ressonantes, ajudando a suavizar a resposta de frequência.

A caixa do microfone e a caixa da cápsula também têm suas próprias frequências de ressonância que podem causar vibrações no diafragma.

Sensibilidade diminuída para altas frequências

O diafragma de um microfone de bobina móvel é pesado. Isso ocorre porque a bobina de voz está conectada ao diafragma.

Altas frequências têm formas de onda curtas, que têm dificuldade em mover diafragmas pesados. Por esse motivo, os microfones dinâmicos de bobina móvel geralmente apresentam uma queda acentuada na resposta de frequência superior.

Para ampliar o alcance da resposta de frequência, um tipo de tampa ressonador é frequentemente incluído no design do microfone dinâmico.

Esta tampa do ressonador é um volume de ar na parte superior da frente do diafragma que é sintonizado em uma alta frequência de ressonância. Quanto menor a cavidade, mais altas são suas frequências de ressonância.

Na realidade, a tampa do ressonador não é muito capaz de estender a resposta de frequência de um microfone dinâmico. No entanto, ele pode ser ajustado(e com mais frequência) até o ponto em que a resposta de frequência do diafragma começa a diminuir, criando uma espécie de pico de ressonância antes do rolloff dos agudos.

Transformador ou sem transformador?

Transformadores elevadores em microfones dinâmicos têm limitações. Relações de espiras mais altas produzem um sinal de saída maior em relação à entrada, mas tendem a ter mais limitações. Há um ato de equilíbrio no projeto de um transformador adequado para um microfone.

Ao projetar ou comprar um transformador de microfone, os fabricantes devem considerar o seguinte:

• Mais espiras no enrolamento secundário significa mais resistência entre os enrolamentos e causa uma queda de alta frequência menor.
• Menos espiras no enrolamento primário significam menos indutância primária e, portanto, mais saídas de baixas frequências.

Existem muitos transformadores de alta qualidade projetados para áudio que funcionam bem com microfones dinâmicos de bobina móvel.

Dito isso, para evitar o alto custo dos transformadores de alta qualidade, alguns microfones dinâmicos são projetados com circuitos mais complexos que possuem praticamente todos os benefícios dos transformadores de alta qualidade.

Ruído devido a vibrações mecânicas

Qualquer vibração da bobina de voz causará um sinal correspondente na saída do microfone.

Para reduzir a vibração mecânica, materiais isolantes como borracha são frequentemente usados ​​entre as partes adjacentes do microfone.

Todos os microfones dinâmicos têm alguma forma de montagem de choque interna que isola sua cápsula/cartucho(diafragma, bobina de voz, ímã e caixa) de sua alça.

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Otimizar um microfone dinâmico de bobina móvel é um grande jogo de equilíbrio. Tudo está relacionado.

Nenhum volume de ar, pedaço de pano úmido, bocal, isolador ou montagem antichoque resolverá um problema sem alterar outros aspectos do microfone.

Cuidado especial é tomado em cada medição ao projetar qualquer microfone profissional. Peças aparentemente pequenas de design de microfone dinâmico terão grandes efeitos no som geral do microfone.

Características gerais dos microfones dinâmicos de bobina móvel

Algumas generalizações podem ser feitas a partir de microfones dinâmicos.

Embora nem sempre seja o caso, geralmente assume-se que os microfones dinâmicos de bobina móvel têm as seguintes características:

Cor da resposta de frequência

Uma resposta de frequência colorida basicamente significa que um microfone não é igualmente sensível a todas as frequências audíveis. Microfones coloridos têm picos, vales e/ou quedas em suas respostas de frequência.

Como discutimos, a resposta de frequência de um microfone dinâmico de bobina móvel está longe de ser linear:

• Frequências altas são geralmente eliminadas, pois comprimentos de onda curtos não são eficazes na vibração do diafragma pesado.
• Geralmente, há frequências ressonantes audíveis na parte do diafragma/bobina de voz do microfone.
• O «jogo de equilíbrio» de resolver frequências ressonantes inerentes pode ou não causar outros picos e vales na resposta de frequência audível do microfone dinâmico.
• O transformador geralmente terá algum efeito na atenuação das frequências altas e baixas.

Embora essas não linearidades sejam frequentemente vistas de forma negativa, a coloração dos microfones dinâmicos tornou-se um de seus maiores pontos de venda. Por exemplo:

• Os microfones dinâmicos geralmente têm aumentos naturais entre 2 e 10 kHz, que são comercializados como «aumentos de presença».
• Suas atenuações de alta qualidade são frequentemente preferidas para vocais e instrumentos com graves.

Circuito passivo simples

O típico microfone dinâmico de bobina móvel é completamente passivo. O princípio do transdutor de indução eletromagnética não requer energia.

O circuito para microfones dinâmicos de bobina móvel(especialmente aqueles com transformadores) é muito simples.

O circuito típico é formado por um circuito fechado entre a bobina móvel e o enrolamento primário; o transformador; e o circuito aberto balanceado do enrolamento secundário ao conector de saída do microfone.

As coisas ficam um pouco mais complicadas substituindo o transformador por um circuito de modelagem de resposta passiva, mas comparado ao condensador dinâmico e aos microfones de fita ativos, esse ainda é um design muito simples.

Baixa sensibilidade e alto nível máximo de pressão sonora

Como não há amplificador ou outro circuito ativo em microfones passivos de bobina móvel, esses microfones dinâmicos apresentam as seguintes características:

• Classificações de baixa sensibilidade – As saídas típicas de nível de microfone de microfones dinâmicos de bobina móvel são muito mais baixas do que microfones ativos.
• Altos níveis de pressão sonora máxima: É praticamente impossível sobrecarregar o diafragma de um microfone de bobina móvel. Da mesma forma, é praticamente impossível sobrecarregar circuitos passivos simples.

Além disso, como a bobina de voz adiciona uma massa relativamente grande ao diafragma, os microfones dinâmicos não são muito sensíveis a sons sutis.

Se pensarmos na sensibilidade em termos da reatividade do diafragma à pressão sonora, veremos os microfones de bobina móvel, novamente, como bastante insensíveis. Seu peso torna relativamente difícil para as ondas sonoras movê-los. Isso produz uma resposta transitória relativamente lenta e insensibilidade a ondas sonoras mais fracas.

grande durabilidade

Meus mentores brincavam que microfones dinâmicos podem sobreviver a explosões nucleares ou sobre pregar pregos com eles. O ponto é que os microfones dinâmicos de bobina móvel são resistentes e duráveis.

Deixando de lado a caixa externa(todos os microfones profissionais têm uma caixa), os microfones dinâmicos são muito robustos.

• Seu circuito passivo e cápsula/cartucho são resistentes à umidade.
• O diafragma, a bobina de voz e o ímã são protegidos pelo invólucro da cápsula dentro de uma montagem antichoque e são altamente resistentes a traumas físicos.
• A parte mais sensível do microfone é o próprio diafragma, que costuma ficar muito bem protegido dentro de uma grade.

5 microfones dinâmicos de bobina móvel comuns

Você pode pensar que sou obcecado pelo fabricante americano de microfones Shure, olhando a lista abaixo. Garanto-lhe que não estou sozinho. O SM58, SM57 e SM7B são possivelmente os 3 melhores microfones de bobina móvel do mercado. Eu usei os 5 microfones a seguir profissionalmente, então vou compartilhar minha experiência com cada um deles.

Em vez de criar «mini-reviews» de cada um dos 5 microfones comuns, compartilharei as especificações que os tornam caracteristicamente dinâmicos. Também vou linkar as folhas de especificações às quais me refiro para que você possa dar uma olhada melhor nas especificações do microfone(particularmente nas tabelas de resposta de frequência).

Então, aqui estão 5 microfones dinâmicos de bobina móvel comuns(se não os mais comuns) no mercado:

• Shure-SM58
• Shure-SM57
• Shure SM7B
• Electro-Voz RE20
• Sennheiser MD 421 II

Vale a pena notar que nenhum desses microfones declarou explicitamente um nível máximo de pressão sonora em suas folhas de especificações.

Também vale a pena notar que todos os 5 microfones têm um padrão polar cardióide. Isso não tem nada a ver com microfones dinâmicos, mas sim com a popularidade do padrão direcional cardióide.

Shure-SM58

Eu usei o SM58 ligado; gabinetes de guitarra(e), e.

O Shure SM58 é o que eu chamaria de microfone por excelência. Eu não consigo pensar por outras pessoas, mas se eu tivesse que adivinhar o que a maioria das pessoas pensa quando ouvem a palavra “microfone”, eu acho que seria um microfone parecido com o Shure SM58. É provavelmente o microfone mais comum em ambientes ao vivo e inúmeros «knockoffs» foram feitos em sua imagem.

Link para ver o preço do Shure SM58 na Amazon.

Especificações dinâmicas da bobina móvel característica SM58 da Shure:

• Uma resposta de frequência de “50 Hz – 15.000 Hz” com um roll off dos graves em 100 Hz e um roll off acentuado das altas frequências começando em aproximadamente 10.000 Hz.
• Sensibilidade de –54,5 dBV/Pa(1,85 mV) 1 Pa = 94 dB SPL.
• Possui transformador elevador.
• Impedância de saída de 300 ohms.
• Sistema de amortecimento pneumático.
• «Qualidade, robustez e confiabilidade lendárias da Shure.»

Clique aqui para obter a folha de especificações do Shure SM58 referenciada.

Shure-SM57

Eu usei o SM57 nos vocais(ao vivo); gabinetes de guitarra(ao vivo e estúdio), bateria(ao vivo e estúdio) e metais(ao vivo).

O Shure SM57 é um ótimo microfone dinâmico e extremamente comum tanto ao vivo quanto no estúdio.

Especificações dinâmicas da bobina móvel característica SM57 da Shure:

• Uma resposta de frequência de “40 Hz – 15.000 Hz” com um roll off dos graves em 200 Hz e um roll off acentuado das altas frequências começando em aproximadamente 12.000 Hz.
• Sensibilidade de -56,0 dBV/Pa(1,6 mV)(1 Pa = 94 dB SPL).
• Possui transformador elevador.
• Uma impedância de saída de 310 ohms.
• Sistema de amortecimento pneumático.
• «Qualidade, robustez e confiabilidade lendárias da Shure.»

Clique aqui para ver a folha de especificações Shure SM57 referenciada.

Shure SM7B

Este é o microfone mostrado na imagem em destaque deste artigo!

Eu usei o SM7B exclusivamente no estúdio em vocais(,,) e gabinetes de guitarra.

O Shure SM7B é um favorito pessoal para gravação de narração e performances vocais do tipo «grito» alto.

Especificações dinâmicas da bobina móvel característica SM7B da Shure:

• Uma resposta de frequência de “50 Hz – 20.000 Hz” com uma resposta de graves bastante plana, mas uma queda pronunciada de alta frequência de cerca de 12.000 Hz.
• Sensibilidade de – 59,0 dB(1,12 mV) 0 dB = 1 volt por pascal.
• Possui transformador elevador.
• Impedância de saída de 150 ohms.
• Isolamento de choque interno de “suspensão a ar”.
• «Construção robusta e excelente proteção de cartucho para confiabilidade excepcional.»

Nota interessante: o Shure SM7B na verdade tem a mesma cápsula que o SM57, mas um transformador diferente e obviamente um design de caixa e grade diferente.

Clique aqui para ver a folha de especificações do Shure SM7B referenciada.

Electro-Voz RE20

Eu usei o RE20 exclusivamente no estúdio, gabinetes de baixo, dublagens e podcasts.

O RE20 é outro favorito pessoal para dublagens. Especialmente se os alto-falantes se moverem muito.

Electro-Voice RE20 Características Dinâmicas da Bobina de Voz Especificações:

• Uma resposta de frequência de “45 Hz – 18.000 Hz” com um roll off dos graves em 75 Hz e um roll off acentuado das altas frequências começando em aproximadamente 12.500 Hz.
• Sensibilidade de 1,5 mV/Pascal.
• Possui transformador elevador.
• Impedância de saída de 150 ohms.
• A caixa de aço e a bobina de zumbido fornecem proteção magnética excepcional.
• «Excepcionalmente robusto com rejeição de ruído de manuseio superior.»

Clique aqui para a folha de especificações Electro-Voice RE20 referenciada.

Sennheiser MD 421 II

Eu usei o MD421 exclusivamente no estúdio em tambores, tarolas, gabinetes de baixo e gabinetes de guitarra.

Eu realmente gosto do MD421 para gravar toms e para microfonar guitarras e gabinetes de baixo.

Especificações dinâmicas da bobina móvel característica do Sennheiser MD421 II:

• Uma resposta de frequência de “30 Hz – 17.000 Hz” com um roll off dos graves a 80 Hz e um roll off acentuado das altas frequências começando em cerca de 15.000 Hz.
• Sensibilidade de 2 mV/Pa +/- 3 dB.
• Possui transformador elevador.
• Impedância de saída de 200 ohms.
• «Microfone robusto profissional.»

Clique aqui para consultar a folha de especificações do Sennheiser MD421 II.

perguntas relacionadas

Os microfones dinâmicos precisam de pré-amplificadores? Sim, todos os microfones emitem sinais de nível de microfone, que exigem ganho de pré-amplificador para atingir o nível de linha e funcionar corretamente com equipamento de áudio profissional. Os microfones dinâmicos têm níveis de sensibilidade/saída mais baixos do que os microfones condensadores e exigem mais ganho de pré-amplificador.

Quais são as aplicações dos microfones dinâmicos de bobina móvel? Os microfones dinâmicos de bobina móvel têm uma ampla gama de aplicações. Eles são frequentemente usados ​​em instrumentos barulhentos no estúdio e no palco; nos vocais(especialmente em situações de transmissão e ao vivo); em ambientes úmidos, barulhentos ou abaixo do ideal; e muitas outras situações.