Os microfones amplificam o som e/ou o áudio?
Provavelmente todos já ouvimos o som de um microfone amplificado por alto-falantes. Isso geralmente acontece em todos os tipos de eventos e apresentações. Um orador ou cantor projetará sua voz em um microfone e sua voz será enviada pelos alto-falantes em um volume muito mais alto. Como esse áudio é amplificado?
Um microfone amplifica o som? Um microfone é um transdutor que converte som(energia das ondas mecânicas) em áudio(energia elétrica). Os microfones não amplificam o som, por si só, embora alguns microfones amplifiquem o sinal de áudio de suas cápsulas antes que o sinal seja emitido. Todos os microfones requerem amplificação adicional além da sua própria.
Neste artigo, examinaremos detalhadamente como, se é que um microfone amplifica seu sinal. Também veremos os estágios de ganho típicos para obter um sinal de microfone para produzir som de um alto-falante.
Diferença entre som e áudio
Antes de entrarmos no assunto deste artigo, vamos discutir a diferença entre som e áudio.
Qual é o som? O som é uma vibração que oscila dentro de um meio e altera a pressão ao longo de uma onda dentro desse meio(gás, líquido ou sólido). É uma forma de energia mecânica das ondas. As ondas sonoras audíveis têm frequências na faixa de 20 Hz a 20.000 Hz.
O que é áudio? O áudio é a representação elétrica do som. O áudio analógico é o som representado como tensão CA, enquanto o áudio digital é o som representado em números binários(taxa de amostragem e profundidade de bits). O som pode ser convertido em áudio por meio de microfones e o áudio pode ser convertido em som por meio de alto-falantes.
Microfones convertem som em áudio
Conforme mencionado nos parágrafos iniciais, os microfones são transdutores que convertem som em áudio.
Independentemente do tipo de microfone, a função de um microfone é captar ondas sonoras em seu diafragma e produzir um sinal de áudio correspondente.
Os microfones têm diafragmas, que são membranas finas e móveis na cápsula do microfone. Esses diafragmas são muito sensíveis e se movem em reação à mudança de pressão em suas superfícies. Esta mudança de pressão é em grande parte causada por ondas sonoras.
À medida que o diafragma se move, uma tensão CA correspondente é produzida. Esta tensão AC é essencialmente o sinal do microfone. Microfones dinâmicos(bobina móvel e dinâmico) produzem este sinal através de indução eletromagnética, enquanto microfones condensadores produzem áudio através de princípios eletrostáticos.
Dependendo do tipo e design do microfone, esse sinal será processado por outros componentes antes de ser emitido pelo microfone.
Como os microfones amplificam o áudio?
Deixe-me começar a responder a essa pergunta afirmando que os microfones emitem sinais de nível de microfone. Os sinais de nível de microfone são tensões CA relativamente baixas, variando de aproximadamente 1 a 100 milivolts(-60 dBV a -40 dBV).
Independentemente de o microfone fornecer ou não amplificação, um sinal de microfone exigirá uma amplificação mais alta. Os pré-amplificadores de microfone são usados para reduzir os sinais de nível de microfone ao nível de linha para uso em equipamentos de áudio profissional. Amplificadores de potência são então usados para amplificar os sinais de nível de linha para acionar adequadamente os alto-falantes.
Com esse preâmbulo fora do caminho, alguns microfones fornecem amplificação.
O que é amplificação? A amplificação é o processo de aumentar a força ou potência de um sinal. Os amplificadores podem ser dispositivos naturais ou artificiais. Com microfones, esses amplificadores são artificiais e se concentram em aumentar o sinal elétrico dos microfones.
Para permanecer fiel ao termo “amplificador”, mencionarei aqui que alguns componentes do microfone não são verdadeiros amplificadores, embora sejam projetados para aumentar a intensidade do sinal. Farei distinções abaixo.
Em vez de listar os potenciais amplificadores que podem ser encontrados em um microfone, vamos analisar qualquer componente que cause um aumento na força do sinal:
Vejamos cada um deles com mais detalhes:
conversor de impedância
Conversores de impedância não são amplificadores verdadeiros. Em vez disso, eles pegam um sinal de entrada de nível mais baixo e o usam para modular um sinal de saída de nível mais alto.
Os conversores de impedância são componentes necessários encontrados imediatamente após as cápsulas das cápsulas dos microfones condensadores. As cápsulas do condensador emitem sinais com valores de impedância incrivelmente altos. Para que esses sinais viajem sem degradação significativa, é crucial que eles passem por um conversor de impedância.
O conversor de impedância de um microfone é essencialmente um transistor de efeito de campo(FET). Talvez o tipo mais comum de FET em microfones seja o transistor de efeito de campo de porta de junção(JFET).
- G: porta.
- S: fonte.
- D: drenagem.
Os conversores de impedância de microfone recebem o sinal de baixo nível e alta impedância da cápsula do microfone em seu portão.
Este sinal de porta AC é usado para modular a corrente(e tensão) entre a fonte e o dreno.
Podemos pensar no conversor de impedância FET como tendo uma entrada(porta) e uma saída(fonte-dreno). O sinal de entrada é de baixo nível e alta impedância e aciona um sinal de saída mais forte com menor impedância.
Desta forma, o conversor de impedância atua como um «amplificador» do sinal do microfone(embora não seja um verdadeiro amplificador).
tubo vazio
As válvulas de vácuo não são amplificadores de verdade. Em vez disso, eles pegam um sinal de entrada de nível mais baixo e o usam para modular um sinal de saída de nível mais alto.
Antes que a tecnologia do transistor chegasse aos microfones(na década de 1960), eram necessários tubos de vácuo para converter a impedância do sinal do microfone e fornecer um aumento na intensidade do sinal.
Os tubos de vácuo foram, e ainda são, usados em microfones e particularmente em microfones condensadores. Eles são colocados imediatamente após as cápsulas desses microfones para reduzir a impedância do sinal e aumentar o sinal.
Um benefício adicional dos tubos de vácuo é o famoso «som de tubo» apreciado por muitos audiófilos, músicos e engenheiros de áudio.
- H: aquecedor.
- K: cátodo.
- R: ânodo.
- G: grade
Basicamente, um tubo de vácuo funciona assim: um cátodo é aquecido(direta ou indiretamente por um aquecedor). À medida que o cátodo aquece, ele emite elétrons, que são atraídos para a placa do ânodo carregado positivamente.
Portanto, ao aquecer o tubo de vácuo, uma corrente elétrica é produzida dentro do tubo e flui para fora do tubo.
O sinal da cápsula do microfone é enviado para a grade do tubo triodo e controla o fluxo de elétrons do cátodo para o ânodo.
A grade aceitará o sinal de alta impedância de baixo nível da cápsula e o usará para modular a corrente de impedância mais forte e mais baixa entre o ânodo e o cátodo.
Se pensarmos em um tubo triodo de microfone em termos de entradas/saídas, desenvolvemos o seguinte:
A grade é a entrada que recebe o sinal da cápsula.
O cátodo-ânodo é a saída, que emite um sinal mais forte que corresponde ao sinal de entrada na rede.
Assim, o tubo de vácuo triodo atua como um «amplificador» do sinal do microfone(embora não seja um verdadeiro amplificador).
Transformador step-up
Transformadores elevadores não são amplificadores verdadeiros. Em vez disso, eles são dispositivos passivos que recebem um sinal de entrada de nível mais baixo e o usam para modular um sinal de saída de nível mais alto.
Os transformadores elevadores são normalmente encontrados nas saídas de microfones dinâmicos.
Através dos princípios da indução eletromagnética, o transformador elevador leva a tensão CA em um circuito e causa uma tensão CA «aumentada» ou aumentada em um circuito secundário. Ambos os circuitos são independentes e compartilham apenas o transformador comum.
Os transformadores têm o benefício adicional de bloquear a tensão CC.
- MC: núcleo magnético.
- P: enrolamento primário.
- S: enrolamento secundário.
Um transformador elevador é composto por um núcleo magnético central e dois enrolamentos condutores conhecidos como enrolamentos primário e secundário.
O enrolamento primário faz parte do circuito elétrico que transporta o sinal de áudio convertido do diafragma. Como o enrolamento é enrolado em torno do núcleo magnético, qualquer tensão CA(sinal de microfone) que passe por ele causará uma mudança no fluxo magnético dentro do núcleo. Isto é devido à indução eletromagnética.
À medida que o fluxo magnético no núcleo magnético varia, a indução eletromagnética faz com que uma tensão CA seja criada no enrolamento secundário, que também envolve o núcleo.
Portanto, o enrolamento primário faz parte do circuito que transporta o sinal do microfone da cápsula do microfone. Essa tensão CA causa um fluxo magnético variável no núcleo magnético, que, por sua vez, induz uma tensão no enrolamento secundário. O enrolamento secundário completa um circuito com a saída do microfone.
A relação de espiras nas bobinas é igual à relação de tensão nas bobinas. Um transformador elevador tem menos espiras na bobina primária do que na bobina secundária.
Como um exemplo simples, se a bobina primária tiver metade do número de voltas da bobina secundária, a tensão no secundário será duas vezes maior que a do primário.
Se olharmos para um transformador elevador, podemos pensar no enrolamento primário como entrada e no enrolamento secundário como saída. Dito isto, o transformador atua apenas como um «amplificador», embora não seja um verdadeiro amplificador.
Placa de circuito impresso
Placas de circuito impresso(PCBs) podem conter amplificadores reais que realmente aumentam o ganho de um sinal de entrada e produzem um sinal de saída mais forte.
Estágios de ganho típicos de microfones a alto-falantes
Seja uma pseudo-amplificação ou uma amplificação real, os microfones apenas aumentam um pouco seus sinais. Na saída de qualquer microfone, o sinal ainda está no nível do microfone.
Para que esse sinal relativamente fraco mova os cones dos alto-falantes e seja ouvido, precisamos de mais amplificação além do próprio microfone.
Para simplificar esses níveis com valores, forneci a seguinte tabela:
| Intensidade do sinal de extremidade inferior | Força de sinal de alta qualidade | |
|---|---|---|
| nível do microfone | -60 dBV(1 milivolt) | -20 dBV(100 milivolts) |
| nível de linha | -10 dBV(316 milivolts) Nominal(consumidor) | +4 dBu = 1,78 dBV(1,23 milivolts) Nominal(Profissional) |
O nível do alto-falante tem muito mais tensão do que o nível da linha, mas depende muito da impedância e do tamanho do alto-falante que você está dirigindo.
Agora vamos ver alguns estágios de ganho típicos para elevar o sinal do microfone ao nível do alto-falante:
Nos exemplos a seguir, colocarei em negrito os dispositivos que fornecem amplificação ao sinal.
- Microfone
- Alto- falante ativo(entrada de microfone)
- Microfone
- Pré- amplificador de microfone(entrada de microfone)
- Mesa de mixagem ou interface
- Amplificador de potência(entrada de linha)
- alto-falante passivo
- Microfone
- Pré- amplificador de microfone(entrada de microfone)
- Mesa de mixagem ou interface
- Alto- falante ativo(entrada de linha)
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