Micrófonos: Funcionamento e Características

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Tema 2 - MicrófonosELECTROACÚSTICA-EUITT
ehp-2005
MICRÓFONOS
Transforma señales acústicas en señales eléctricas, operación
que realiza en dos fases.
TRANSDUCTOR
ACÚSTICO-MECÁNICO
TRANSDUCTOR
MECANO-ELÉCTRICO
Onda de 
Presión
Oscilación
Mecánica 
Tensión
Eléctrica
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MICRÓFONOS
TECNOLOGÍA
Transductor
Estructura
Acondicionamiento
acústico-eléctrico
CARACTERÍSTICAS
• Sensibilidad
• Fidelidad
• Directividad
• Impedancia Eléctrica
APLICACIÓNMedidas Acústicas Registro Sonoro
Refuerzo Sonoro
Comunicación Vigilancia
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Sensibilidad
Se define como la relación entre la tensión que entrega el micrófono en 
circuito abierto (sin carga) y la presión eficaz que incide sobre el 
diafragma.
Tension en c.a.(V o mV)
Presion Eficaz(Pa o bar)
S
µ
=
• Depende de la frecuencia
• Normalmente se indica su valor a 1000 Hz
• Se expresa normalmente en mV/Pa ó mV/µbar
• Cuando se expresa en dB la referencia es: 1 V/Pa ó 1V/ µbar
Fidelidad
Capacidad para traducir exactamente la onda de presión (uniformidad de
la sensibilidad en la banda de trabajo).
• Respuesta en Frecuencia gráficamente
• Gama de frecuencia (25-18000 –3dB)
• Regularidad (± 3 dB)
• Distorsión (THD 3% 139 dBSPL)
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Directividad
Indica la variación de la sensibilidad en función de la dirección de 
incidencia de la onda sonora.
10 10
max
S( , )( ) 20·log ( , )=20·logD R
S
θ ϕθ θ ϕ=
• Factor de Directividad
2
0
2
0
( )
1 ( )·
2
RQ
R sen d
π
θ
θ θ θ
=
∫
2
0 0
4· 2
0
( , )
1 ( , )
4·
RQ
R d
π
θ ϕ
θ ϕ
π
=
Ω∫
• Diagrama de Directividad
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Clasificación de los Micrófonos
Según la Directividad
• Omnidireccionales
• Direccionales
• Unidireccionales o Cardióide
• Bidireccionales
• Supercardioide
• Hipercardioide
¿Cómo se consigue una u otra característica directiva?
• Configuración del Acoplo mecano-acústico
• Combinando las salidas de varias cápsulas
• Mediante Redes Inversoras
¿Qué utilidad tiene la directividad?
• Discriminar sonidos (voces, instrumentos, partes de 
instrumentos,.....)
Micrófonos Direccionales
Parámetros Directivos
• Eficiencia de Energía Media
• Arco de Captura a 3 dB
• Arco de Captura a 6 dB
• Sensibilidad Lateral
• Relación Delante-Atrás
• Factor de Distancia
Energia Captada por Mic Directivo
Energia Captada por Mic Omnidireccional
DE =
3 dB
10
max
( )20·log 3 dBS
S
θ − = −
6 dB
10
max
( )20·log 6 dBS
S
θ − = −
10
( 90º )20·log
( 0º )
S
S
θ
θ
=
=
10
( 180º )20·log
( 0º )
S
S
θ
θ
=
=
1
( )·( ) ( )·( ) 1omni direccional
FD
DE
FD DE FD DE
=
= =
32· dBθ −
62· dBθ −
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Micrófonos Direccionales
Patrones Directivos y sus Características
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Micrófonos Direccionales
A la vista del patrón directivo del micrófono MD 441U 
de Sennheiser calcula los siguientes parámetros
• Arco de Captura a 3 dB
para (1000 Hz y 4000 Hz)
• Arco de Captura a 6 dB
para (1000 Hz y 4000 Hz)
• Sensibilidad Lateral
para (1000 Hz y 4000 Hz)
• Relación Delante-Atrás
para (1000 Hz y 4000 Hz)
• Respuesta en frecuencia 
para 0º
• Respuesta en frecuencia 
para 90º
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Micrófonos Direccionales
A la vista del patrón directivo del micrófono MKH 70 de 
Sennheiser calcula los siguientes parámetros
• Arco de Captura a 3 dB
para (1000 Hz y 4000 Hz)
• Arco de Captura a 6 dB
para (1000 Hz y 4000 Hz)
• Sensibilidad Lateral
para (1000 Hz y 4000 Hz)
• Relación Delante-Atrás
para (1000 Hz y 4000 Hz)
• Respuesta en frecuencia 
para 0º
• Respuesta en frecuencia 
para 90º
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Clasificación de los Micrófonos
Según el Acoplo Mecano-Acústico
• Micrófono de Presión
CARACTERÍSTICAS
• Diafragma terminado en cavidad con orifico de igualación
• “omnidireccionales – calidad del sonido no depende de la dirección”
• Preservan las cualidades reverberantes
• La distorsión de onda es mínima
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Micrófono de Presión
• Tamaño del diafragma, longitud de onda y
dirección de incidencia
• Difracción (a) y Resonancia de la
cavidad frontal (b)
• Directividad y respuesta en frecuencia típicas
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Clasificación de los Micrófonos
Según el Acoplo Mecano-Acústico
• Micrófono de Gradiente
CARACTERÍSTICAS
• Diafragma sometido a diferencia de presiones, movimiento por 
efecto gradiente
• Fuerza mecánica proporcional a la velocidad del movimiento
• Sonidos de direcciones 90º ó 270º provocan gradiente nulo
• Sonidos incidentes desde 0º ó 180º provocan máximo gradiente
• Bidireccionales con cambio de fase de 180º entre incidencia frontal y
trasera.
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Micrófono de Gradiente
P(x) = P1P(x+∆l) = P2
∆l
2 1 1 2
P PP P dx P P l
x x
∂ ∂
= + ⇒ − = − ∆
∂ ∂
• El diafragma moverá al transductor mecano-eléctrico con una fuerza
· · · · · ·cosD D D D
P Pf P S l S l S
x x
θ
→
∂ ∂
= = − ∆ = − ∆
∂ ∂
0 · · · · ·cosD Df j u l Sρ ω θ= − ∆
para una excitación sinusoidal y onda plana
Micrófono de Gradiente
• Efecto de Proximidad Onda esférica (micrófono en campo cercano
de la fuente sonora)
( )2
· · · · ·cos
1 ·
· ·
D Df u l S
c
k rP
u
c k r
ω ρ θ
ρ
= ∆
+
=
• El gradiente de presión es función de la relación ∆l/λ
Es necesario usar un sistema 
controlado por masa para 
compensar y aplanar la 
respuesta
·M MZ j Mω=
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Clasificación de los Micrófonos
Según el Acoplo Mecano-Acústico
• Micrófono Combinado de Presión y Gradiente
CARACTERÍSTICAS
• Cavidad con apertura controlada al exterior
• La onda trasera se desfasa mediante redes acústicas
• Variando las redes es posible obtener distintos patrones directivos
• Responde a la vez a presión y al gradiente de presión
• El patrón directivo se mantiene para un cierto margen de frecuencias
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Micrófono Combinado de Presión y Gradiente
Red Inversora de Bajas Frecuencias
Volumen pequeño 
tras diafragma
Cavidad 2 de gran 
volumen
1
1
· ACω
→∞
1
2
1
· A
A
R
Cω
1
1
1
1
1 · ·cos
1 11
·
A
A
D
A
A AD
R d
M cP P
jR
M X
θ
ω
+
=
⎡ ⎤
− +⎢ ⎥
⎣ ⎦
B
1 ·(1 ·cos )DP P A B θ= +
1/A
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Micrófono Combinado de Presión y Gradiente
Red Inversora de Altas Frecuencias
1
1
1 1 1
1
·1 ·cos ·
·;
· ·
·
D D
AD A
A A A AD
AD AD
A
f P A B S
Z RdB A
c C R R ZZ R j
C
θ= +
= =
⎛ ⎞+
− ⎜ ⎟
⎝ ⎠
• Como A depende de la frecuencia necesitamos
redes para BF y AF
• El patrón directivo depende de la frecuencia
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Micrófono Combinado de Presión y Gradiente
Doble Cápsula Microfónica
• Una cápsula funcionando a presión (omnidireccional) y otra a gradiente
(bidireccional)
• Se combinan las salida de ambas cápsulas controlando la contribución de
cada uno.
• Es posible sintetizar varios patrones directivos constantes con la
frecuencia
1 2( ) ·cosR R Rθ θ= +