O que os microfones medem e como eles medem?

Em seu estudo de microfones, você pode ter encontrado «microfones de medição». No entanto, todos os microfones são instrumentos de medição eficazes.

O que os microfones medem e como eles medem? Os microfones medem essencialmente as variações de pressão sonora em torno de seus diafragmas em uma faixa de frequências. Como as ondas sonoras causam pressões variadas ao redor do diafragma do microfone, o microfone produz um sinal de microfone elétrico correspondente.

Neste artigo, discutiremos as variações de pressão sonora que os microfones são projetados para medir e como eles fazem isso.

Microfones medem variações na pressão sonora

Os microfones são transdutores que convertem as ondas sonoras(energia das ondas mecânicas) em sinais de áudio(energia elétrica).

Em outras palavras, os microfones medem as ondas sonoras(também conhecidas como pressão sonora ou energia das ondas mecânicas). Os microfones fazem isso com um elemento transdutor que funciona com um diafragma móvel.

À medida que as ondas sonoras atingem o diafragma e passam, elas causam diferentes quantidades de pressão em um ou ambos os lados do microfone.

A diferença de pressão entre os lados frontal e traseiro do diafragma do microfone faz com que ele se mova e o microfone produz um sinal de microfone elétrico(tensão CA).

Se um microfone estivesse em uma câmara anecóica(ou qualquer outro ambiente sem som), ainda haveria pressão em ambos os lados de seu diafragma. Essa pressão ambiente, no entanto, seria igual e constante em ambos os lados. Portanto, o diafragma do microfone não se moveria e não haveria sinal de microfone.

Como um experimento mental, se um microfone estivesse no vácuo, também haveria a mesma pressão em ambos os lados do diafragma(embora uma pressão muito menor que a atmosférica). O som requer um meio para viajar e, portanto, o microfone seria incapaz de medir qualquer coisa.

Portanto, os microfones medem a pressão sonora no meio ao redor de seus diafragmas.

O que é pressão sonora?

A pressão sonora, como mencionamos, é um desvio da pressão ambiente.

A pressão sonora(ou «pressão acústica») é causada por uma onda sonora e varia a pressão ambiente acima e abaixo do seu ponto de ajuste. A variação da pressão sonora é geralmente muito pequena em relação à pressão ambiente.

O desvio na pressão ambiente causado por uma onda sonora é normalmente medido em decibéis de nível de pressão sonora(dB SPL) ou Pascal(Pa).

O que é um decibel?

O que é um decibel(dB) e o que é dB SPL?

Um decibel é uma unidade de medida relativa ao longo de uma escala logarítmica.

Das equações acima, vemos que 0 dB SPL é o limite inferior da audição humana. A 0 dB SPL, a maioria das pessoas não ouvirá nada.

O limite máximo teórico de pressão sonora seria uma onda de pressão que desvia toda a pressão ambiente, causando um vácuo no vale da onda e duas vezes a pressão ambiente em seu pico. Na pressão atmosférica padrão(101,325 KPa), isso equivaleria a 194 dB SPL.

Um microfone normal pode chegar perto de medir decibéis do nível de pressão sonora.

O que são pascais?

Um pascal é uma unidade SI de pressão.

1 Pascal é igual a 1 Newton por metro quadrado.

Ao contrário do dB SPL, os Pascals são lineares.

Um nível de pressão sonora comum usado para testar microfones é 1 Pascal ou 94 dB SPL.

1 Pascal = 94dB SPL

Usando a sensibilidade do microfone para estimar a pressão sonora

A sensibilidade do microfone é uma especificação que relaciona a força do sinal de saída do microfone ao dB SPL ao qual o microfone está sujeito.

Normalmente, a classificação de sensibilidade de um microfone é dada como a força do sinal em milivolts(mV) ou decibéis em relação a 1 volt(dBV) em um tom de 1 kHz 94 dB SPL.

Essa medição específica nos dá uma boa ideia de como um microfone reagirá à pressão sonora, mas não necessariamente fornece uma base ideal para medir a pressão sonora.

Primeiro, um microfone é submetido a sons em todo o espectro audível(20 Hz – 20.000 Hz), juntamente com infrassom(<20 Hz) e ultra-som(>20.000 Hz). Embora saibamos como o microfone responderá a um tom de 1 kHz, não podemos esperar que o microfone se comporte da mesma forma em todas as outras frequências.

Em segundo lugar, os microfones geralmente são conectados a um pré-amplificador de microfone, que fornece ganho ao sinal do microfone para trazê-lo ao nível de linha. No entanto, os pré-amplificadores não nos informam explicitamente a voltagem do sinal do microfone em suas entradas.

Portanto, não é realmente fácil obter uma leitura precisa da medição da pressão sonora com um microfone.

Então, para medir dB SPL com um microfone, precisaríamos de um voltímetro na saída do microfone. Mas ainda teríamos o problema de contar com um índice de sensibilidade em uma frequência específica.

Portanto, embora os microfones meçam a pressão sonora, eles não são os melhores instrumentos para medir dB SPL. Isso se resume ao termo guarda-chuva ‘coloração’.

cor do microfone

A coloração do microfone é um termo amplo para descrever as diferenças entre as ondas sonoras no diafragma do microfone e a maneira como o microfone converte essas ondas sonoras em sinais elétricos.

Em outras palavras, a coloração do microfone afeta como um microfone mede a pressão sonora ao seu redor. Quanto mais «colorido» for um microfone, menos preciso será na medição das verdadeiras ondas sonoras ao seu redor.

Um microfone perfeitamente incolor converteria perfeitamente uma onda sonora em um sinal elétrico. Um alto-falante perfeitamente incolor poderia recriar esse sinal elétrico como uma recriação perfeita da onda sonora original. Claro, essas são idealidades que nunca ocorrem no mundo real.

Um microfone incolor deve ter, no mínimo:

• Resposta de frequência plana(sensibilidade igual em todo o espectro de frequência audível).
• Padrão polar omnidirecional(igual sensibilidade a sons de todas as direções).

Essas também são idealidades que não podem ser alcançadas no mundo real.

Existem muitos fatores que influenciam a coloração de um microfone. Os principais fatores incluem:

• .
• .
• Componentes físicos(,, corpo, etc.).
• Circuito interno.

E os microfones de medição?

Além de medir a pressão sonora, os microfones de medição são usados ​​para medir o ruído ambiente e as propriedades acústicas gerais de um espaço.

Microfones de medição calibrados também são usados ​​para testar alto-falantes.

Os microfones de medição funcionam com os mesmos princípios que outros microfones. A grande maioria dos microfones de medição são condensadores. Os microfones de medição, no entanto, são muito mais precisos com respostas de frequência plana e sensibilidade calibrada.

Para usar microfones de medição corretamente, eles devem estar devidamente calibrados. Com a calibração adequada, conhecemos a sensibilidade do microfone(em volts por pascal) em toda a sua resposta de frequência.

Com sensibilidade conhecida, os sinais do microfone de medição são enviados através de sistemas de análise de áudio que nos permitem medir a pressão sonora e a acústica da sala.

Medição dB SPL com um medidor de decibéis

Se realmente queremos medir dB SPL com facilidade e precisão, podemos usar um medidor de decibéis compacto.

Um medidor de decibéis(também conhecido como medidor de pressão sonora) mede o nível de pressão sonora em sua posição. Ele faz isso com um microfone!

O microfone de um medidor de decibéis, como qualquer outro microfone, tem um diafragma que se move de acordo com a variação da pressão sonora ao seu redor. Este movimento do diafragma causa um sinal elétrico AC.

No entanto, em vez de emitir este sinal(como um microfone normal), o medidor de decibéis converte com precisão o sinal elétrico de volta em um valor de nível de pressão sonora, que é exibido em dB SPL.

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perguntas relacionadas

O que é um microfone de medição? Um microfone de medição é especialmente projetado com uma resposta plana e incolor às ondas sonoras. Esses microfones são principalmente omnidirecionais e são projetados para uso com sistemas de análise de áudio para medir as características acústicas de uma sala.

Como os microfones são calibrados? Os microfones são normalmente calibrados usando calibração recíproca, onde três microfones não calibrados são usados ​​para calibrar um ao outro. Um método secundário inclui combinar um microfone não calibrado com um calibrado. As alterações são feitas principalmente na cápsula e nos circuitos para obter a calibração.