Os microfones precisam de energia para funcionar corretamente?

Muitos dispositivos do dia a dia precisam de eletricidade para funcionar e se conectar a uma tomada usando um cabo de alimentação. Os microfones, da mesma forma, conectam-se às entradas de microfone por meio de um cabo de microfone para transferir sinais elétricos de áudio.

Os microfones precisam de energia para funcionar corretamente? Alguns microfones precisam de energia para funcionar(microfones ativos), enquanto outros não(microfones passivos). Os microfones que possuem circuitos ativos integrados ou cápsulas eletrostáticas(condensadoras) sem eletreto requerem energia. Microfones dinâmicos sem pré-amplificadores internos não precisam de energia.

Portanto, os microfones precisam de energia para funcionar corretamente, enquanto outros não. Vamos dar uma olhada em quais microfones precisam de energia, o tipo de energia que eles precisam e as formas como a energia é fornecida.

Microfones que requerem energia e aqueles que não

Embora geralmente correto, na verdade é um equívoco comum(mesmo na indústria de áudio) que os microfones dinâmicos não requerem energia, enquanto os microfones condensadores sim.

Embora o «equívoco» acima seja muitas vezes verdadeiro, são os microfones ativos que exigem energia e os microfones passivos que não. Acontece que todos os microfones condensadores são ativos e a grande maioria dos microfones dinâmicos são passivos.

O que é um microfone ativo? Um microfone ativo requer alimentação externa para funcionar. Microfones com pré-amplificadores internos, FETs/JFETs, tubos de vácuo, cápsulas polarizadas externamente ou conversores A/D estão ativos, pois esses dispositivos integrados exigem energia. Todos os microfones condensadores estão ativos e alguns microfones dinâmicos com pré-amplificadores internos também estão ativos.

O que é um microfone passivo? Um microfone passivo não precisa de energia para funcionar. Os microfones dinâmicos são passivos, pois funcionam com indução eletromagnética, que não requer energia. Microfones sem pré-amplificadores internos, FETs/JFETs, tubos de vácuo, cápsulas externamente polarizadas ou conversores A/D provavelmente serão passivos.

Microfones passivos não requerem energia

Nada em um design de microfone passivo requer energia para funcionar. A grande maioria dos microfones dinâmicos são passivos(alguns microfones de fita modernos foram projetados com circuitos ativos, que abordaremos mais adiante).

Em microfones dinâmicos básicos de bobina móvel(fornecendo o melhor exemplo de microfones passivos), um diafragma com uma bobina condutora de fio acoplada se move em reação às ondas sonoras ao redor.

O Shure SM57(foto) é um excelente exemplo de um microfone dinâmico de bobina móvel comum.

A bobina condutora é suspensa em um pequeno espaço cilíndrico entre os ímãs. O diafragma e a bobina condutora se movem dentro de um campo magnético e um sinal de microfone elétrico é criado na bobina por indução eletromagnética.

O sinal de áudio induzido é então enviado para um transformador elevador e sai do microfone como o sinal do microfone.

Todas as partes deste microfone dinâmico de bobina móvel são passivas. Segue a lista das peças:

• Diafragma(se move de acordo com as ondas sonoras)
• Bobina móvel do fio condutor(ligada ao diafragma)
• Ímãs(fornecem o campo magnético)
• Transformador elevador(melhora a força do sinal na saída)

O transformador elevador na verdade bloqueia a entrada DC para o microfone(voltagens DC são mais frequentemente usadas para alimentar microfones ativos). Assim, o microfone dinâmico passivo típico não apenas não requer energia, mas é realmente projetado para rejeitar energia.

Microfones ativos requerem energia

Um microfone é considerado ativo se tiver qualquer um dos seguintes dispositivos ativos em seu design:

• Conversor/pré-amplificador de impedância interna: Estes são tipicamente circuitos de transistor(geralmente JFETs) que convertem os sinais de baixa tensão e alta impedância das cápsulas do capacitor em sinais de alta tensão e baixa impedância. Existem outros tipos de circuitos de pré-amplificador internos para microfones de fita.
• Cápsula Condensadora Não Eletrônica(Condensador): Antes que os materiais eletretos fizessem sua estreia em cápsulas condensadoras, as cápsulas tinham que ser alimentadas externamente. Essas cápsulas de condensador «verdadeiras» exigem uma voltagem externa para se polarizar adequadamente e transduzir energia.
• Tubos de vácuo – Os tubos de vácuo requerem eletricidade para aquecer o cátodo do tubo e enviar uma mudança positiva para o ânodo.
• Conversor Analógico para Digital – ADCs precisam de energia para converter sinais analógicos em informações digitais.

Cada uma das partes listadas acima requer diferentes quantidades de energia para funcionar e apenas um desses dispositivos é necessário para que um microfone seja considerado ativo.

Primeiro, vamos listar os tipos comuns de microfones ativos junto com as partes ativas que fazem parte de seus designs.

• Microfones de Condensador de Eletrodo – Os condensadores de eletreto requerem energia para seus pré-amplificadores/conversores de impedância ativos internos. Esses conversores são geralmente uma espécie de transistor de efeito de campo. Suas cápsulas são pré-polarizadas com material eletreto e não necessitam de alimentação externa.
• Exemplos: microfone de lapela Sennheiser ME2 e microfone de estúdio Rode NT1-A

• Microfones condensadores “verdadeiros” (não eletretos): Os microfones condensadores “verdadeiros” são condensadores de estado sólido que vieram antes dos eletretos e depois dos condensadores de tubo. Esses microfones requerem energia para seus pré-amplificadores/conversores de impedância internos e para polarizar suas cápsulas de condensador.
• Exemplo: Microfone de estúdio Neumann U87AI

• Microfones de fita ativos – Como os microfones de fita normalmente emitem sinais de nível muito baixo, alguns microfones de fita modernos têm pré-amplificadores internos, que requerem energia para operar.
• Exemplo: SAA R84A

• Microfones de condensador de tubo: Os tubos de vácuo são a «maneira clássica» de amplificar os sinais do microfone de condensador para níveis utilizáveis. Os microfones de tubo requerem energia para seus tubos e para polarizar suas cápsulas de condensador «verdadeiras». Até onde eu sei, não existem microfones de tubo de eletreto.
• Exemplo: Neumann U47

• Microfones USB – Os microfones USB possuem conversores analógico-digitais integrados que requerem energia para operar. Uma grande porcentagem de microfones USB também são condensadores de eletreto(embora não todos), o que significa que a maioria dos microfones USB também requer energia para seus pré-amplificadores/conversores de impedância internos.
• Exemplo: Yeti Azul

Como podemos ver, existem muitos tipos de microfones ativos. Além disso, vemos que os microfones condensadores não são os únicos microfones que requerem energia.

Agora que conhecemos as partes ativas dos microfones ativos, vamos ver métodos eficazes para fornecer a energia necessária para essas partes ativas:

• Poder fantasma.
• Tensão de polarização DC.
• Energia da bateria.
• Fontes de alimentação externas.
• Alimentado por USB.

Em vez de explicar brevemente cada um dos métodos de energia listados, vamos analisar cada um em detalhes.

poder fantasma

O que é alimentação fantasma? Phantom power(P48 ou +48V) é uma tensão CC de 48V +/- 4V(profissionalmente). O P48 é fornecido por pré-amplificadores de entrada de microfone e funciona com linhas de áudio balanceadas, enviando +48 volts através de resistores de 6,8 kΩ nos pinos 2 e 3(relativos ao pino 1). P48 é «invisível» em uma linha balanceada, daí o nome «phantom power».

A alimentação fantasma é o método mais comum de alimentação de microfones de estúdio profissionais.

Os microfones de estúdio que exigem alimentação fantasma são projetados para consumir precisamente a quantidade de energia necessária, enquanto os microfones de estúdio que não exigem alimentação fantasma são projetados para rejeitá-la efetivamente.

Observe que alguns microfones de fita mais antigos podem ser danificados pelo phantom power, especialmente se o microfone for desconectado abruptamente do phantom power(removendo um cabo conectado ou uma queda de tensão).

A alimentação fantasma é fornecida por quase todos os pré-amplificadores de microfone modernos que valem a pena(em interfaces de áudio, consoles de mixagem, gravadores de áudio, etc.). No entanto, nem todas as fontes de alimentação fantasma produzem +48V completos. Portanto, é importante usar fontes P48 de qualidade com microfones que precisem.

Você pode verificar a alimentação fantasma de suas entradas de microfone com um voltímetro.

Alguns microfones funcionam com qualquer quantidade «aceitável» de alimentação fantasma(11 V a 48 V). Outros microfones ainda funcionarão, mas com capacidade limitada, se os 48V completos não forem fornecidos. No entanto, outros microfones não funcionarão a menos que sejam fornecidos com alimentação fantasma de 48 V +/- 4 V.

Tensão de polarização DC

O que é tensão de polarização DC? A tensão de polarização DC é tipicamente entre 1,5 e 9,5 V DC. A polarização DC é normalmente usada para alimentar os JFETs em microfones de eletreto(os pré-amplificadores/conversores de impedância). A tensão de polarização não requer uma linha de áudio balanceada para funcionar e pode ser fornecida na mesma linha que o áudio ou em uma linha separada.

A polarização DC é talvez o método mais comum de alimentação de microfones em geral(considerando que a maioria dos microfones não são microfones de estúdio, mas microfones em telefones celulares, laptops, etc.).

A tensão de polarização DC alimenta efetivamente os JFETs em muitos microfones condensadores de eletreto, que são necessários para a operação adequada do microfone.

Os microfones condensadores de eletreto emitem sinais de baixo nível com impedâncias incrivelmente altas. Esses sinais não podem ser usados ​​como áudio e só podem percorrer comprimentos curtos de cabo antes de perder sua qualidade.

JFETs(transistores de efeito de campo de porta juncional) são colocados em linha diretamente após a cápsula do capacitor de eletreto(para minimizar qualquer comprimento de fio pelo qual o sinal deve percorrer). Os JEFTs trabalham com a tensão de polarização DC fornecida para amplificar o sinal de eletreto(consulte o pré-amplificador). Mais importante, porém, o JFET converte a impedância extremamente alta em uma impedância de sinal de microfone utilizável(veja conversor de impedância).

energia da bateria

O que é bateria do microfone? Existem dois cenários principais em que um microfone pode ser alimentado por bateria:

• Os microfones sem fio precisarão de baterias para alimentar o transmissor sem fio e, muitas vezes, o pré-amplificador de microfone/conversor de impedância(geralmente com uma polarização DC fornecida por bateria).
• Microfones de estúdio com opção de alimentação por bateria, mas também funcionam com alimentação fantasma.

A energia da bateria pode fornecer a tensão de polarização DC acima mencionada para microfones de lapela e outros microfones sem fio.

Ele também pode fornecer tensão de polarização ou alimentação de pré-amplificador para microfones de estúdio com opção de baterias. Nesse cenário, as baterias fornecem uma tensão semelhante à do phantom power.

fonte de energia externa

O que é uma fonte de alimentação de microfone externo? Uma fonte de alimentação de microfone externo fornece alimentação específica de microfone a um microfone(geralmente mais do que a alimentação fantasma de 48 V). Essas fontes de alimentação específicas para microfones não são padrão e usam vários conectores, incluindo XLR de 7 pinos(sinal de transporte, tensão de polarização, aquecedor e terra).

Fontes de alimentação externas são muito comuns com microfones condensadores de tubo. Os tubos requerem mais energia do que os transistores e, muitas vezes, essa necessidade de energia não pode ser atendida por 48 volts de alimentação fantasma.

Portanto, fontes de alimentação externas específicas para microfones foram projetadas para aquecer e alimentar os tubos de vácuo enquanto fornecem a tensão de polarização adequada às cápsulas do condensador.

Observe que alguns microfones transistorizados também usam fontes de alimentação externas(especificamente microfones DPA 130V). Estes são microfones de estado sólido que simplesmente exigem mais energia do que o phantom power poderia fornecer.

Alimentado por USB

O que é a alimentação do microfone USB? Os microfones USB ativos são projetados para extrair a energia necessária do pino 1 de +5V DC do conector USB. Esses +5 volts são quase sempre usados ​​exclusivamente para alimentar o conversor analógico-digital do microfone USB junto com seu pré-amplificador/conversor de impedância de microfone JFET.

Conforme mencionado, os microfones USB requerem energia para seus conversores analógico-digitais(e para seus JFETs se forem microfones condensadores USB). Esta alimentação é fornecida pelo pino 1 do conector USB.

Os microfones USB são projetados para receber o que eles precisam dos +5 volts fornecidos pelo conector USB(e, finalmente, pelo computador do conector).

perguntas relacionadas

Os microfones sem fio precisam de alimentação fantasma? Microfones sem fio não requerem alimentação fantasma. Os microfones sem fio são alimentados por baterias, que fornecem energia ao transmissor sem fio e, se o microfone for um microfone condensador, uma tensão de polarização CC do conversor de impedância JFET do microfone(pré-amplificador interno).

Como a alimentação fantasma é verificada? As entradas de microfone típicas que fornecem alimentação fantasma terão um indicador de que a alimentação fantasma está ligada(geralmente uma luz). Para verificar a voltagem exata de sua fonte de alimentação fantasma, use um voltímetro. A alimentação fantasma total deve mostrar 48V entre os pinos 2 e 1, bem como os pinos 3 e 1 e 0V entre os pinos 2 e 3.