5Transductores Microfono

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5. Transductores. Micrófonos. 
Los micrófonos son transductores que 
convierten señal acústica en señal eléctrica. 
5.1 Características Básicas 
 
Sensibilidad HM = |e| / |p| 
ó en dBs 
HM(dB) = 20.log(|e|/|p|) = 
HM(dB) = 20.log(HM / Href) 
Href = 1V/Pa 
También se suele dar en mV/µbar 
ó en dBs referidos a1V/µbar 
 
Cociente de la tensión en voltios en 
circuito abierto en bornas de micrófono 
entre la presión sonora que la produce. 
Se suele dar a 250 Hz ó a 1 KHz 
según fabricantes 
 
 
Directividad D = Sensibilidad Máxima / Sensibilidad promedio 
 
Factor direccional. Patrón de emisión (ver 5.2 Tipos de micrófonos según su 
directividad). 
 
Respuesta en frecuencias 
 
 
Impedancia 
Nivel de ruido 
Margen dinámico 
Distorsión, TDH = Distorsión armónica Total 
 
Comportamiento ante humedad, campos magnéticos, vibración, presión ambiental, 
temperatura, sol,... 
 
5.2 Tipos de micrófonos según su directividad 
De presión – omnidireccional 
Un recinto cerrado por una membrana es sensible a la 
presión, cambia de volumen en función de la 
presión del aire circundante. Si es pequeño 
comparado con la longitud de onda (y lo será 
porque nos interesa que el micrófono mida el 
sonido en un punto) su factor direccional es el de una fuente 
simple (equivalente a una fuente esférica), es decir, 
omnidireccional. Micrófonos y altavoces son recíprocos, igual 
geometría igual direccionalidad. F=kte 
 
De velocidad – bidireccional 
Si la membrana está libre por ambos lados no se mueve por 
la presión en una de sus caras sino por la 
diferencia de presión entre sus caras. La 
derivada de la presión es la velocidad. La 
membrana, que además es pequeña y ligera, se mueve 
conjuntamente con el aire circundante. 
Su direccionalidad es igual que la de un altavoz sin caja, 
asimilable a un doblete acústico F = ksd⋅p⋅cosφ 
 
Cardioide – F = a⋅½⋅(1+cosφ) 
Sumando la respuesta de un micrófono de presión y otro de 
velocidad se obtiene una respuesta con 
forma cardioide, máxima delante y nula 
detrás. Esta suma se podría hacer usando 
dos micrófonos distintos ó mejor fabricando 
uno que tenga en parte un recinto que haga que la 
membrana responda a la presión frontal pero que tenga 
algún orificio para que entre también presión a la cara 
posterior, atenuada en la medida adecuada. 
 
Hipercardioide –F = a⋅½⋅(1+3⋅cosφ) 
Supercaridoide – F = a⋅(0’37+0’63⋅cosφ) 
Para diferentes ajustes de la relación entre presión 
frontal y trasera se obtienen factores direccionales más 
estrechos a costa de un lóbulo trasero no nulo 
 
El diseño del camino acústico, con cavidades que dan 
compliancia (elasticidad), conductos que dan inertancia 
(masa, inercia) y poros que dan resistencia, permite 
además ajustar la respuesta frecuencial del sistema 
para intentar que combinado con la respuesta mecánica de la membrana móvil (masa, 
elasticidad, amortiguación) sea plana. Esto es muy útil en los micrófonos de bobina móvil 
ya que la frecuencia de resonancia mecánica suele estar dentro de la banda de trabajo. 
El circuito acústico permite añadir un cero a esa misma frecuencia. 
 
Ro 
ea 
 
Eo 
 
Ro≈200Ω 
h⋅y 
 
Eo 
 
En aplicaciones en que se requiere gran directividad se utilizan otras configuraciones 
más directivas: 
Parábola: muy directiva, “mucho trasto” 
 
Array de disparo en el extremo y 
micrófono rifle (ver tema 2.2): un array de 
N fuentes (ó micrófonos) desfasadas justo 
lo que tarda el sonido en llegar de una a 
otra enfoca en la dirección del eje, más 
cuanto mayor sea N. En lugar de usar N 
micrófonos y sumar sus señales eléctricas 
se usa un sólo micrófono al que llegan 
sumadas las ondas que han entrado por 
orificios en un tubo largo. La distancia recorrida por el sonido desde una fuente hasta el 
diafrágma del micro a través de diferentes orificios es distinta por lo que se suman con 
fases distintas y queda debilitado, excepto si viene de frente en cuyo caso todos los 
caminos tienen igual distancia y la suma es máxima. 
 
Matriz. Si disponemos de esos N micrófonos podemos elegir el ángulo en que se enfoca 
variando el desfase de cada señal antes de sumarlas. Con una matriz podemos elegir 
los dos ángulos, la dirección. Además con el mismo conjunto de micrófonos podemos 
obtener simultáneamente las señales enfocadas a diferentes ángulos. 
 
Interferometría laser. Mediante láser se pueden medir desplazamientos minúsculos de 
una superficie que puede estar muy alejada. 
5.3 Tipos de micrófonos según su tecnología 
Carbón 
Una cavidad con granulos de carbón (grafito ó 
antracita) que son comprimidos por el 
desplazamiento de un vástago unido 
al diafragma. La resistencia del carbón 
varía en función de la compresión. No 
genera energía, se aplica una tensión 
para que la corriente que circula varíe 
en función de la variación de resistencia. 
Bajo costo. Durabilidad. Baja fidelidad. 
La resistencia depende del desplazamiento y Rc=Ro+h⋅yoejωt 
La corriente tiene el término de continua más la señal 
( )
a
o
ii
t
R
hy
R
thy
R
E
Rhy
thyR
E
i +=






+++−=
<<
+
= 0
2
2
0
2
00
0
0
00
00
0 ...
2
cos1cos
1
cos
ωω
ω
 
Es como si hubiera una fuente de tensión 
t
R
hyE
iRe aa ωcos
0
00
0 −== 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dinámicos: 
Cinta 
 F=B⋅I⋅L 
Cinta metálica vertical arrugada dentro 
de un campo magnético. De velocidad. 
Frágil 
Muy usados en los años 50. 
 
Cinta impresa, espiral de aluminio dentro 
de diafragma de poliéster entre 4 imanes 
toroidales. 
Bobina movil 
F=B⋅I⋅L 
Misma estructura que un altavoz electrodinámico, hasta el punto de que son reversibles, 
un micrófono de bobina móvil se puede usar como altavoz y un altavoz electrodinámico 
como micrófono. Las diferencias vienen de que un micrófono es más pequeño (para 
medir el sonido en un solo punto) y conduce menos corriente (la que lleva la energía 
obtenida del sonido). 
El diafragma es un casquete 
esférico de aluminio, plástico ó 
papel. Imán anillo circular, 
campo magnético radial. 
Bobina de hilo muy fino (no 
necesita soportar corriente y 
nos conviene poca masa) 
predominantemente resistiva a 
menos 1000 Hz. 
Resonancia de circuito abierto 
en los márgenes de audio. A 
pesar del hilo fino tienen 
demasiada masa para que la 
resonancia este en frecuencias 
más altas que el audio, y aumentar la rigidez reduciría el desplazamiento y por tanto la 
sensibilidad. También aumentar la amortiguación reduciría la sensibilidad. La solución 
suelen ser circuitos acústicos con una antirresonancia para aplanar el pico (pero 
respuesta irregular). 
 
Masa elevada ==> mala respuesta en alta frecuencia (y ataques); sensible a vibración y 
golpeteo. 
 
La bobina se comporta como antena captando ruido, se corrige con otra bobina fija 
arrollada al revés, bobina anti-hum. 
 
La sensibilidad suele ser baja -60/-80 dB re 1V/µbar 
Bajo coste; uso sencillo; robusto; salida de tensión de nivel medio; admite altos niveles 
de presión sin saturar; resistencia de salida baja, 10-100 ohmios ==> vale cable largo. 
Junto al micro se suele poner un transformador de relación 3:1 ó similar para elevar la 
tensión y adaptar la impedancia a la del cable (75 – 300 ohmios). 
Elevado margen dinámico, de 20 a 140 dB SPL 
Poco sensibles a humdead y temperatura 
Variedad de modelos. Algunos modelos direccionales y 
cardioide tienen 2 transductores, para bajas y para altas 
frecuencias con red de cruce (crossover). 
 
Magnético mide variación de reluctancia 
 
Electrostáticos: 
Piezoeléctrico 
También reversible. Alta impedancia mecánica y mucha 
rigidez ==> bueno para agua y alta frecuencia --> sonar 
 
Condensador 
 
Placa fija y placa móvil-diafragma de acero, aluminio, 
vidrio ó poliéster metalizado. Polarizado con tensión, 
al moverse el diafragma cambia la capacidad y se 
produce corriente. 
C0 = ε.s/x0 = 27'8.a2/x0 pF s superficie, a es el 
radio, εaire = 8'85.10-12F/m 
 
En reposo C0 = ε.s/d 
 
En funcionamiento C0 = ε.s/(d-ym)ym = desplazamiento promedio (analizando las vibraciones en la membrana 
circular salen ecuaciones de Bessel que indican que a bajas frecuencias (ka<1) ym es 
independiente de la frecuencia. 
 
Desarrollo Taylor y aproximo para pequeños desplazamientos y considero un tono. 
C = Co + Coyoe
jωt/d = Co + C1e
jωt 
 Ecuación de malla...Ecuación diferencial... Solución ec.dif. si Co << C1 i=EC1/C0... 
 
Características: 
Alta impedancia interna (decenas de picofaradios). Para adaptar a los cables blindados 
normales hay que amplificar junto a la cápsula. Se suele hacer con un FET (alta 
impedancia de entrada), antes con válvulas pero no con transistores. Por tanto requiere 
alimentación 
Calibración constante en el tiempo 
Requiere polarización (tensión de alimentación), se usa conexión fantasma 
 
Electret 
Es un micrófono de condensador pero ya polarizado (con un material que tiene carga 
“fija”, invento “reciente”). 
Ello da gran comodidad porque evita la alimentación. 
Pero también da mejor resultado si se amplifica in situ, por lo que también vienen con 
FET incorporado que hay que alimentar. 
 
En los conectores Jack estéreo se puede-suele usar un canal para alimentar. 
 
5.4 Técnicas de toma de sonido 
Para cada situación concreta de grabación (tipo y posición de la fuente de sonido, 
entorno de grabación, etc.) conviene elegir bien la posición y tipo del micrófono para 
obtener el mejor resultado. 
 
Por ejemplo en una sala de videoconferencia podemos usar un solo micrófono fijo para 
captar la voz de cualquiera de las personas de la sala. En ese caso el micro estará 
bastante lejos de la fuente de sonido, y si esta encima de una superficie rígida como una 
mesa le llegará una onda reflejada poco después de la original y con intensidad similar. 
Para algunas frecuencias la suma reforzará la señal y para otras la anulará (las que la 
diferencia de recorridos desfase media longitud de onda). La respuesta frecuencial no es 
plana. 
Una solución es utilizar Microfonos de Zona de Presión, PZM, 
diseñados para colocarse pegados a la mesa. En este caso la onda 
directa y la reflejada llegan a la vez, en fase. Además de conseguir 
respuesta frecuencial plana la sensibilidad aumenta 6 dB. 
 
 
Microfonos Lavalier, de corbata. Usados para fijar en la solapa dejando libertad de 
movimiento. Al no estar frente a la boca los agudos llegan más débiles que los graves, 
así que para compensarlo suelen tener menor respuesta a los graves. 
 
Micrófonos inalámbricos. En lugar de usar cable para llevar la señal eléctrica desde el 
micrófono hasta el equipo amplificador se transmite inalámbricamente. Así se evita el 
engorro y los ruidos debidos al cable a costa de mayor complejidad. Se puede transmitir 
por infrarrojos (los LED son muy lineales) pero los obstáculos pueden estropear la señal. 
Suele transmitirse por radio modulada en la banda VHF ó UHF (rodea los obstáculos). 
Un problema es que en algunos puntos la señal directa ser cancelada por las reflejadas. 
Se arregla usando dos antenas receptoras y usando la mejor señal de ambas, es muy 
improbable que la cancelación coincida en las dos antenas. 
 
Efecto de proximidad. 
Filtro anti-Pop. Tela colocada entre la boca y el micrófono para evitar las corrientes 
instantáneas de aire que provocarían offset, al mantener el diafragma empujado la señal 
entraría en la zona no lineal. 
 
Toma de instrumentos. En general poner el micro cerca del punto donde se genera el 
sonido y/o donde el contenido de armónicos sea más completo. Teniendo en cuenta la 
intensidad del sonido y el rango dinámico del micrófono intentaremos aprovechar al 
máximo ese rango (para reducir la relación S/N) pero dejando un buen margen para que 
no sature en los picos de intensidad. 
 
Toma estéreo. Varias formas, con dos micros en el mismo punto: 
 Toma XY: Dos micros cardioides orientados en distinto ángulo. 
 Stereosonic: Dos micros bidireccionales orientados en distinto ángulo. 
 Toma Middle-Side: Un micro cardioide al frente y otro bidireccional perpendicularmente. 
La suma M+S enfoca un ángulo hacia un lado, y la M-S hacia el otro lado. 
O con micrófonos separados. 
 
Micrófono de esfera. Se simula el efecto acústico (difracción,...) de la cabeza con una 
esfera y se ponen los micrófonos donde estarían las orejas. Se usa para sistemas 
Surround Sound con varios canales. 
Calibración por reciprocidad