Introducción al Micrófono como Transductor Electroacústico

El micrófono es un transductor electroacústico cuya función es transformar la energía acústica (presión sonora) que incide sobre él en energía mecánica (movimiento del diafragma) y, finalmente, en una señal eléctrica de salida. El micrófono constituye la etapa de entrada fundamental en la cadena de sonido. Es crucial notar que la respuesta en frecuencia de toda la cadena se verá limitada por el equipo con la peor respuesta, fenómeno conocido como «cuello de botella».

Parámetros Eléctricos y Acústicos Clave

h3>Sensibilidad (S)

La Sensibilidad (S) es el parámetro clave, definido como la relación entre la presión sonora recibida (p) y la tensión generada (V). Se mide típicamente en [mV/Pa] a 1000 Hz, aunque también se puede expresar en dB tomando como referencia 1 V/Pa. Cuanto mayor es la sensibilidad, mejor responde el micrófono a señales de bajo nivel de presión sonora.

h3>Respuesta en Frecuencia y Rango Dinámico

• Respuesta en Frecuencia: Indica cómo varía la sensibilidad con respecto a la frecuencia y se representa gráficamente.
• Rango Dinámico: Es la relación entre el sonido más débil que produce señal y el sonido más fuerte sin distorsión (normalmente se considera que la Distorsión Armónica Total, THD, no supera el 1%).

Directividad y Adaptación de Impedancias

h3>Directividad (Patrón Polar)

La Directividad describe la variación de la sensibilidad en función del ángulo del sonido incidente. Los patrones clave son:

• Omnidireccional: Capta uniformemente en todas direcciones. Es típico de micrófonos de presión.
• Bidireccional: Máxima sensibilidad frontal y trasera, nula a 90°. Es típico de micrófonos de gradiente de presión o de cinta.
• Unidireccional o Cardioide: Máxima sensibilidad frontal, nula atrás. Dentro de esta categoría se encuentran el Hipercardioide y el Supercardioide.

h3>Impedancia Interna y Adaptación

Debe existir una buena adaptación de tensión, siendo ideal que la impedancia de salida del micrófono (Z_o) sea baja y la de entrada del amplificador (Z_i) alta. Los micrófonos se clasifican en:

• Baja Impedancia: (100 Ω a 600 Ω). Permite el uso de cables largos (hasta 100 m).
• Alta Impedancia: (> 1 kΩ). Requiere cables cortos (máximo 10 m).

Clasificación de Micrófonos por Transductor

La clasificación principal se basa en el Transductor Mecánico-Eléctrico (TEM):

h3>1. Electrodinámicos (Electromagnéticos)

Basados en el principio de la inducción electromagnética.

• Dinámico (Bobina Móvil):
  • Funcionamiento: Movimiento de una bobina dentro de un imán permanente.
  • Ventajas: Son robustos, económicos y no necesitan alimentación.
  • Desventajas: Baja sensibilidad (1 a 4 mV/Pa) y respuesta limitada (típicamente hasta 16 KHz), con notable ruido de manipulación debido a la inercia de la bobina.
• De Cinta:
  • Funcionamiento: Utiliza una cinta metalizada conductora entre polos.
  • Características: Son típicamente bidireccionales. Tienen respuesta uniforme pero limitada (40 a 14,000 Hz) y son muy sensibles al viento y a las manipulaciones.

h3>2. Electroestáticos (Capacitivos)

Basados en el principio del condensador.

• De Condensador:
  • Funcionamiento: El diafragma y una placa fija forman un condensador.
  • Características: Son más sensibles (hasta 30 mV/Pa) y proporcionan un sonido más suave y natural, especialmente a altas frecuencias.
  • Alimentación: Requieren Alimentación Fantasma (Phantom Power), usualmente 48V, suministrada por el mezclador o batería interna.
• Electret (ECM):
  • Funcionamiento: Similar al condensador, pero con un material permanentemente polarizado (electret).
  • Alimentación: Sí requiere alimentación para su preamplificador interno. Tienen menor sensibilidad que los de condensador.

h3>3. Otros Tipos de Transductores

• De Carbón:
  • Funcionamiento: Basa su operación en la variación de resistencia de partículas de carbón.
  • Uso: Ideal para la voz humana (200 a 3000 Hz), con gran sensibilidad y baja impedancia (30-40 Ω). Su uso principal es en telefonía.
• Piezoeléctricos:
  • Funcionamiento: Generan diferencia de potencial por presión mecánica sobre cristales o cerámica.
  • Uso: Su respuesta en frecuencia es muy irregular (80 a 10.000 Hz), por lo que su uso en audio profesional está desaconsejado.

Fenómenos Acústicos y Consideraciones de Interfaz

h3>Efectos Acústicos

• Efecto de Proximidad: Es un aumento del nivel de las bajas frecuencias cuando un micrófono unidireccional o bidireccional se coloca muy cerca de la fuente. Los micrófonos omnidireccionales no presentan este efecto.
• Acoplamiento Acústico (Efecto Larsen): Es la realimentación que produce pitidos en el altavoz al ser captada y amplificada de nuevo la señal emitida. Se mitiga bajando el volumen, alejando o reorientando el micrófono.

h3>Ruido y Alimentación

• Ruido de Fondo: Puede ser ambiental o eléctrico (ruido térmico intrínseco), y se evalúa mediante la Relación Señal/Ruido (S/N).
• Ruido de Vibración: Se produce por vibraciones transmitidas a través del soporte; se corrige usando una montura anti vibratoria.
• Alimentación Fantasma (Phantom Power): Suministra tensión eléctrica (comúnmente P48: 48V) a través del cable. Es necesaria para los micrófonos de condensador, no afecta a los dinámicos, pero puede dañar los de cinta.

Sistemas Inalámbricos

Los Sistemas Inalámbricos (fuente → transmisor → receptor) permiten movilidad, pero son sensibles a interferencias radioeléctricas y al efecto multitrayecto (recepción de la señal directa y reflejada). Los receptores duales utilizan técnicas de diversidad (múltiples antenas) para obtener la mejor señal y evitar el desvanecimiento.

Aplicaciones y Ejercicios Fundamentales en Electrónica

Los ejercicios se centran en la aplicación de la sensibilidad y la adaptación de impedancias.

h3>1. Cálculo de Sensibilidad y Niveles

Es fundamental dominar la relación S = V/p y la conversión de niveles: 1 Pa equivale a 94 dB SPL. Los problemas solicitan calcular el voltaje entregado, el Nivel de Presión Sonora (NPS) recibido, o la sensibilidad en [mV/Pa] o [mV/μbar]. También se incluye el cálculo de la Sensibilidad en dB (S_dB = 20 log(S / 1 V/Pa)) y el Ruido de Sensibilidad (NS).

h3>2. Sensibilidad Compleja

Es crucial saber obtener el voltaje entregado cuando la sensibilidad varía con el ángulo de incidencia y la frecuencia. El Efecto de Proximidad se considera en el cálculo del voltaje generado para bajas frecuencias al acercar la fuente.

h3>3. Adaptación de Impedancias y Cableado

Se exige calcular el voltaje que recibe la consola (V_consola) al conectar el micrófono, considerando la atenuación debida a las impedancias.

h4>Cálculo de Atenuación

• Sin Cable: El voltaje se atenúa según la relación entre la impedancia de salida del micrófono (R_o) y la impedancia de entrada de la consola (R_i).
• Con Cable: Se deben considerar la Resistencia Distribuida (R_d) y la Capacitancia Distribuida (C_d) del cable. Estos parámetros introducen una impedancia compleja que afecta la transferencia del voltaje, especialmente a frecuencias altas. El examen puede pedir calcular el voltaje transferido y la frecuencia de corte del sistema.

Etiquetas: impedancia, microfonos, Sensibilidad, transductor electroacústico