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Temario transductores acusticos.

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1 1.1.2. Micrófonos . 1. Sensibilidad. 2. Respuesta en frecuencia. 3. Impedancia. 4. Ruido 5. Parámetros para definir la directividad de micrófonos 6. Circuitos acústicos para la obtención de diagramas direccionales 1.1.2. Micrófonos Un micrófono es un transductor acústico-eléctrico acústico-eléctrico que consiste en la combinación escalonada de dos tipos de transductores, un acústico mecánico (T.A.M.), y otro mecánico- eléctrico (T.M.E.), los cuales van a convertir las variaciones de presión en variaciones de señal eléctrica (tensión, corriente). El primer transductor, por regla general, consiste en un pequeño pistón en forma de lámina (diafragma), o en una cavidad que recoge la presión o diferencia de presiones para ser convertida en magnitudes mecánicas, que actuarán sobre el segundo transductor, generalmente más complicado y característico de cada tipo de micrófono, para ser finalmente convertidas por éste último en magnitudes eléctricas. Cumplen los micrófonos dos fines fundamentales: a) Convierten la palabra, música, etc. en señales eléctricas que posteriormente son manipuladas de alguna forma para su reproducción posterior. b) Son utilizados como aparatos de medida haciendo que la señal eléctrica causada como consecuencia de un cambio de la magnitud acústica (presión), actúe sobre un aparato de medida calibrado convenientemente. Se puede establecer una clasificación sencilla de los micrófonos según la forma de obtener la energía a partir de la energía sonora que incide sobre el diafragma, es decir, dependiendo del tipo de transductor incorporado. Así tenemos: t enemos: • • • • • • Micrófonos electrostáticos (de condensador): Utiliza el principio de transductor electrostático y su funcionamiento está basado en la variación de capacidad existente entre una placa fija y otra móvil que actúa como diafragma. Micrófonos de resistencia variable (de carbón): Lleva incorporado un sistema que hace variar la resistencia de un conjunto de gránulos de carbón contenidos en una cavidad cuya tapadera es solidaria con el diafragma. Esta resistencia varía con la presión sonora recibida por el diafragma. Micrófono de bobina móvil:  Basado en el transductor electromagnético. Consiste en un ligero diafragma al que está solidario una bobina móvil inmersa en un campo magnético producido por un imán. Micrófono de cinta: Su funcionamiento está basado en el transductor electromagnético y consiste en una ligera cinta metálica suspendida entre las dos piezas polares de un imán permanente y accesible a la presión acústica por ambos lados. Micrófono piezoeléctrico: Basado en el principio de transductor piezoeléctrico, tales que las presiones de utilización responden con tensiones de salida linealmente relacionadas con las deformaciones. Micrófonos electret: electret: Se pueden considerar dentro de los micrófonos electrostáticos con la diferencia de que no necesitan alimentación exterior ya que se polarizan previamente a su utilización. En temas sucesivos se estudiará cada uno de ellos por separado, por lo cual no creemos necesario extendernos más en esta breve clasificación. Existen en el mercado infinidad de modelos y tipos de micrófonos que los hacen distintos unos de otros dentro del campo de aplicación, pero todos tienen unas características que les son 2 comunes, en cuanto a características básicas que deban suministrarse a todos los modelos. Estas características son las siguientes: • Sensibilidad regularidad, linealidad •  Respuesta en frecuencia, Fidelidad: regularidad, •  Directividad •  Distorsión • Caracteríticas direccionales 1. Sensibilidad Se define como el cociente entre la tensión en el micrófono cuando está en circuito abierto y la presión que incide sobre él en campo libre, es decir: S= V p Se suele expresar en mV/Pa o mV/ bar. Estos valores de la sensibilidad son muy pequeños. Por ejemplo, 94 dB de NPS (nivel de presión sonora) que es un nivel alto de presión, corresponde a 1 Pascal. Un micrófono con una sensibilidad de 1 mV/Pa proporcionaría 1 mV al recibir esta presión. Cuando se realiza el cálculo de la sensibilidad de un determinado tipo de micrófono, ésta nos viene dada en función de la frecuencia; por ello los fabricantes dan la sensibilidad para unas frecuencias determinadas que suelen ser 250 Hz, 500 Hz y 1000 Hz. La sensibilidad también puede venir expresada en dB. Para ello, hay que tomar una sensibilidad de referencia. Las dos sensibilidades de referencia que se suelen tomar son: So1=1 V/ µbar; So2=1 mV/ µbar Ejemplo: Si un micrófono tiene una sensibilidad de -60 dB referidos a 1 V/bar, cuando reciba una presión de 1 µbar (74 dB de NPS) dará lugar a una tensión de 1 mV. Cuando menos negativa sea la sensibilidad de un micrófono, más sensible será, es decir, más tensión de salida dará para una misma presión incidente sobre el diafragma. Así será más sensible un micrófono de sensibilidad -55 dB que -70 dB. Los valores de la sensibilidad referida a 1 V/ µbar son siempre negativas, sus valores típicos están comprendidos entre -50 y -80 dB. Siempre que nos den una medida de la sensibilidad, nos darán un nivel de referencia y la frecuencia a la que ha sido realizada. La referencia normalizada es de 1 V para una presión sonora de 1 bar y la frecuencia utilizada es de 1 kHz (aunque también es utilizada en ocasiones 250 Hz). El dato de sensibilidad se nos puede dar de cualquiera de las siguientes formas equivalente entre s!: • Sensibilidad a 1""" #z: $%% d& ref. 1 '(µbar. • Sensibilidad a 1""" #z: "1) m'(µbar. *lgunas veces se prefiere especificar la sensibilidad indicando la potencia suministrada a la carga en condiciones de adaptación cuando la presión incidente es de 1 +ascal ,1" µbar-. Se puede comprobar que ambas formas de expresar la sensibilidad están relacionadas mediante la expresión: d&m/2" logS$1" log0 )) d& donde se a tomado p / 1" microbar y 0 es la resistencia de carga. 3 2.Respuesta en frecuencia * la sensibilidad en d& absolutos o relativos en función de la frecuencia se le denomina respuesta en frecuencia. 4os define el comportamiento de la se5al de salida del micrófono en función de la frecuencia. 6onstituye uno de los criterios decisivos para determinar la calidad de un micrófono y sus posibles aplicaciones. 7eneralmente viene dada mediante una gráfica semilogar!tmica en la que se representa en el e8e orizontal la frecuencia y en el vertical la sensibilidad expresada en d& que o bien representa la se5al de salida referida a 1 ' o bien una escala con el origen " d& en el valor correspondiente a 1 9#z teniendo as! las variaciones en decibelios frente al valor para 1 9#z directamente. a curva obtenida de esta forma será aproximadamente plana en la zona central presentando ca!das; ,pigura 1-.  Figura 1. Respuesta en frecuencia de distintos micrófonos a fidelidad de un micrófono nos indica la capacidad que tiene igura ) 4. Ruido. Relación señal/ruido. Factor de perturbación magnética El ruido propio de un micrófono se define como la tensión de salida que se obtiene en ausencia de perturbación es decir en un ambiente idealmente silencioso. Sus causas son diversas por e8emplo las molI4IS. E>E6GI AE 6*&E. 'isto desde su salida elinalmente situaremos ambos controles en las posiciones anotadas para cada uno de ellos sin de8ar de producir el sonido de antes observando la lectura del indicador del nivel de salida. Si es mayor que la que se obten!a separadamente con ambos micrófonos ,esto es mayor de $? d&- podemos asegurar que están en fase. Si por el contrario la lectura es menor que la obtenida con cada micrófono ,menor de $? d&- los micrófonos están en contrafase. En este caso solo ay que intervenir las conexiones de la se5al de uno de los micrófonos de8ando el otro igual. Ona nueva prueba nos llevará al convencimiento pleno de que ambos micrófonos se encuentran aora en fase ,figura 1%-. A B 13 C D En fase E Contrafase  Figura 17: Búsqueda de la conexión en fase. A: Montaje a realizar, B: Búsqueda de nivel en el  primer micrófono, C: Búsqueda de nivel en el segundo micrófono, D: Comprobación y conexión en  fase, E: Comprobación y conexión en contrafase 1) 5. CARACTERÍSTICAS DIRECCIONALES DE LOS TRANSDUCTORES RECEPTORES (MICRÓFONOS) En la toma de sonido se da con frecuencia el eco de que además de la fuente =til existen otras fuentes secundarias como puede ser el ruido de p=blico en un concierto que no interesa en absoluto captar con el micrófono. *demás ay que tener en cuenta que si en la sala donde se realiza la grabación la reverberación es excesiva puede interesar que el micrófono no capte las ondas refle8adas o por lo menos las capte con una intensidad reducida de forma que no reste definición a la fuente de sonido principal. En esta sección distinguiremos dos partes muy diferenciadas. a primera cuyo ob8etivo es definir y relacionar los parámetros que describen las propiedades direccionales de los transductores receptores ,micrófonos-. a segunda trata sobre los procedimientos para conseguir distintos diagramas de directividad en transductores receptores. *AR+MTROS ,- %SR&/N !A %&RT&0&%A% % !OS M&R'ONOS Respuesta relatia. %irectiidad Se define la respuesta relativa de un micrófono en una dirección determinada 0, θ,ψ), como el cociente entre la sensibilidad en la dirección considerada y la sensibilidad en la dirección de máxima sensibilidad que usualmente es la de θ / " y ψ /":  V    (S)θ,ψ    P   θ,ψ  R (θ, ψ ) = = Smax  V      P   θ=0,ψ =0 Si la medida se a realizado con la misma presión + la respuesta relativa es un cociente de tensiones. actor e 3ndice de directiidad as magnitudes aqu! definidas son análogas a las magnitudes del mismo nombre definidas para transductores emisores. Se define el factor de directividad de un micrófono en una dirección determinada ,θo,Φo), como el cociente entre el cuadrado de la tensión en circuito abierto generada cuando la onda de presión llega desde esta dirección comparada con el cuadrado del valor medio de la respuesta relativa en todo el espacio. Catemáticamente: Q(θ0 , ψ 0 ) = R 2 (θ0 , ψ 0 ) 4π R (θ, ψ )dΩ 4π ∫ 1 2 0 En esta expresión el denominador ser!a el cuadrado de la tensión que se generar!a si se situara el micrófono en un campo difuso. Otilizando coordenadas esfsticos para la obtención de dia4ra"as direccionales En esta sección se estudian los diferentes tipos de transductores ac=stico$mecánicos empleados en la práctica. Aico de otra forma se aborda la cuestión de cómo obtener la fuerza que mueve el diafragma del micrófono. Este mecanismo es el que determina la directividad del micrófono. En función de la forma de obtener la fuerza se distinguen los siguientes tipos de micrófonos: • • • Cicrófonos de presión ,Imnidireccionales-. Cicrófonos de gradiente de presión ,&idireccionales-. Cicrófonos combinados de presión y de gradiente de presión. icr!fonos de presi!n En este tipo de micrófonos el diafragma se mueve respondiendo a variaciones de presión sonora. Están formados por un diafragma flexible que termina por una de sus caras en una cavidad cerrada. +ara mantener la presión estática ,en equilibrio- en el interior de la cavidad igual a la presión atmosf/+S siendo S la superficie del diafragma. El aire en el interior de la cavidad interna de volumen ' act=a elásticamente comportándose como un tubo cerrado. El movimiento que la fuerza > provoca en el diafragma ,caracterizado por su masa C CA su compliancia 6CA  y su resistencia 0 CA- venciendo su impedancia mecánica la del transductor electromecánico unido a a Figura .> En la figura 1" se muestra el diafragma de un micrófono en el que tanto la parte frontal como la posterior se exponen al campo sonoro. En este caso la incidencia con "D es la que se anula. a caracter!stica de este tipo es bidireccional. 23 Figura 10 OTROS MÉTODOS PARA OBTENER CARACTERÍSTICAS DIRECCIONALES as figuras 11 y 12 ilustran un m