Micrófonos: Cuestiones varias

Un micrófono es un transductor electroacústico. Su función es la de transformar (traducir) las variaciones de la presión acústica ejercida sobre su cápsula por las ondas sonoras en energía eléctrica proporcional a las variaciones de presión acústica: Las señales eléctricas que genere el micrófono han de ser análogas en amplitud y frecuencia a las ondas sonoras que capta.

Aunque hay muchas clases de micrófonos, el funcionamiento de todos es muy similar. Nuestra voz produce una serie de vibraciones que ejercen presión sobre un diafragma que se encuentra dentro del micrófono, una membrana similar al tímpano de nuestros oídos. Esta membrana está unida a un dispositivo que, dependiendo del tipo de micrófono, puede ser una bobina, un cristal, partículas de carbón, un condensador, etc. Y a su vez, este mecanismo es capaz de transformar estas variaciones sonoras en señales eléctricas.

ALGO DE HISTORIA

La palabra micrófono viene del griego, de las palabras "micro" (pequeño) y "fono" (voz), y apareció por primera vez en un diccionario en 1683, para definir un instrumento por el cual los sonidos pequeños son intensificados. Esto estaba en referencia a los dispositivos acústicos para aumentar el nivel del sonido para que éste se escuche mejor, como eran las trompetas de oído y los megáfonos de esa época. Pero no es hasta la invención del teléfono en 1876 en Estados Unidos cuando aparecen los primeros micrófonos como dispositivos convertidores de ondas sonoras en señales eléctricas proporcionales capaces de ser transmitidas a largas distancias por un circuito eléctrico. Los primeros tipos de micrófonos fueron desarrollados casi simultáneamente por Elisha Gray y Alexander Graham Bell, inventores simultáneos del teléfono, aunque fue Graham Bell quien consiguió la patente del teléfono al haberla presentado primero (por horas de diferencia respecto a la de Elisha Gray), y es por ello considerado el inventor oficial del teléfono.

Ambos emplearon como micrófono un "micrófono líquido", que era un dispositivo de resistencia eléctrica variable con la presión sonora. Básicamente consistía en un vaso metálico lleno de agua ligeramente acidulada con ácido sulfúrico, sobre el cual está dispuesta la membrana del diafragma. Conectada al diafragma hay una aguja metálica (o una barrita metálica, en el caso del micrófono de Elisha Gray) cuyo otro extremo está ligeramente introducido en la solución acuosa, la cual es conductora de la electricidad. Al hablar delante del diafragma, la vibración de éste con las ondas sonoras hace mover la aguja arriba y abajo haciendo penetrar más o menos el extremo de la aguja en el agua ligeramente acidulada. La resistencia eléctrica entre la aguja y el vaso metálico es inversamente proporcional al tamaño del menisco que forma el agua acidulada alrededor del extremo de la aguja sumergida. Haciendo pasar una corriente eléctrica por el micrófono, ésta era modulada por la voz al hablar delante del diafragma del micrófono. Es, pues, un micrófono basado en la ley de Ohm, y para que el micrófono funcionara correctamente, su resistencia eléctrica debía variar sustancialmente en las muy cortas distancias en que vibraba la aguja al hablar delante del diafragma.

Con este tipo de micrófono Alexander Graham Bell realizó la primera transmisión de habla con su famosa frase donde solicita a su ayudante, “Señor Watson, venga lo necesito.” el 10 de Marzo de 1876. Pero este tipo de micrófono tiene muy mala calidad sonora, incluso para la voz, y no era comercialmente viable, y ello incitó a un número de inventores a perseguir alternativas de diseño de un micrófono eficaz. El propio teléfono que patentó Graham Bell, basado en una bobina y un imán de barra, podía usarse tanto como receptor y como micrófono (de tipo dinámico), si bien como micrófono era muy pobre y había que hablar alto delante de él para que generara señales eléctricas de cierta potencia.

Muy poco tiempo tras la invención del teléfono, en 1878 David Edward Hughes, inspirado en el micrófono líquido, diseñó una nueva clase de micrófono, constituido por finos gránulos de carbón conductor depositados libremente en un recipiente en el cual una de sus paredes era flexible y podía vibrar por la presión de las ondas sonoras. Cuando la presión sonora mueve esta pared, varía la presión que ejerce sobre los gránulos de carbón, variando el grado de contacto entre ellos, y variando así su resistencia y con ello el paso de la corriente eléctrica a través de ellos. De esta manera se conseguía que la resistencia eléctrica a través de los gránulos del carbón fuese proporcional a la presión acústica de los sonidos (y como en el micrófono líquido, la voz modula la corriente eléctrica que circula por el micrófono).

Había nacido el micrófono de carbón (denominado por Hughes micrófono de “contacto suelto”), primer tipo de micrófono realmente práctico, que sería mejorado primero en 1886 por el gran inventor norteamericano Thomas Alva Edison, dando por resultado el transmisor de botón del carbón, para el cual reclamó la correspondiente patente. El transmisor de Edison era simple y barato de fabricar, pero también muy eficiente y duradero. Se convirtió en la base de los transmisores del teléfono, siendo usados en millones de teléfonos alrededor del mundo incluso hasta bien entrada la segunda mitad del siglo XX. Pero antes, otra mejora había sido introducida por Henry Hunnings en Inglaterra. Utilizó gránulos de coque entre el diafragma (membrana flexible que capta y vibra con las ondas de presión sonora) y una placa metálica trasera. Este diseño, concebido en 1878, fue patentado en 1879. Este transmisor era muy eficiente y era más potente que sus competidores, pero tenía una tendencia al apelmazamiento de los gránulos de coke y con ello a disminuir su sensibilidad.

En 1878 es diseñado el primer micrófono de bobina móvil, un diseño que es evolución del micrófono-receptor patentado por Graham Bell. Este diseño fue patentado en 1879.

En 1917 se presenta el primer micrófono de condensador práctico y moderno. Y con el advenimiento de la grabación eléctrica del sonido y de las emisoras de radiodifusión en la década de 1920, se estimuló el desarrollo de micrófonos que tuvieran una mayor calidad que los micrófonos de carbón, los cuales son aptos para aplicaciones de voz, pero nada aptos para transmisiones de sonidos musicales. No obstante, los primeros micrófonos utilizados en los primeros años de la radiodifusión eran teléfonos de tipo “candlestick”, aparatos telefónicos de sobremesa bastante típicos de la época que equipan un micrófono de carbón en el extremo superior de una columna vertical.

Y desde entonces han aparecido otros tipos de micrófonos de mucha más calidad que los micrófonos de carbón. Típicamente se desarrollaron y usaron micrófonos de calidad musical de dos tipos, los micrófonos dinámicos (electromagnéticos) y los de condensador. Algunos de los modelos representativos de esta época fueron el modelo 600 serie 618 de Western Electric, un micrófono dinámico de calidad presentado en 1931 ; o el modelo 44 presentado ese mismo año por la RCA, un micrófono de cinta bidireccional ; o el micrófono amplificado U47 de Neumann, lanzado en 1947, el primer micrófono de condensador con patrón conmutable entre cardioide y omnidireccional y que equipàba un preamplificador a válvulas. Este micrófono acabó convirtiéndose en todo un clásico para la grabación de voz y música desde que se supo que Frank Sinatra se negaba a cantar sin su U47.

CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LOS MICRÓFONOS

Sensibilidad de los micrófonos

La sensibilidad de un micrófono es la capacidad que tienen para captar señales ofreciendo una salida determinada por el altavoz del equipo ampolificador de audio, y que no es otra cosa que el voltaje, expresado en dBV, que el micrófono entrega a su salida en relación a la presión acústica que recibe su membrana.

La sensibilidad dependerá de la distancia de la fuente (la persona que habla o el origen del sonido) y del ángulo que dicha fuente tiene respecto al micrófono (esto es, depende de la direccionalidad del micrófono). No es de las características fundamentales, y su importancia será mayor o menor según el uso que se le vaya a dar y del entorno en el que se utilice. Para tomas de sonidos a gran distancia se necesitarán micrófonos direccionales de gran sensibilidad, mientras que en micrófonos de mesa para usos comunes, estos factores no son tan importantes.

El valor de sensibilidad indica hasta qué punto es capaz de captar señales débiles y que después resulten audibles al reproducirlas. Normalmente la sensibilidad varía en función de la frecuencia, de ahí que los valores de sensibilidad de los micrófonos se den para una frecuencia determinada. Para calcular la sensibilidad se usan dos métodos, el llamado de circuito abierto, (en el cual 0 dB = 1 V / µbar de presión sonora), y el de cálculo de la máxima potencia de salida (0 dB = 1 mW ; 10 µbar = 1 mW / Pa), de lo que se desprende que no siempre podremos comparar la sensibilidad de dos o más micrófonos, ya que dependerá del sistema que se haya usado para calcularla.

La sensibilidad se expresa en decibelios (dB) con respecto a un referente, y como el nivel de referencia tomado está por encima del de salida de la gran mayoría de los micrófonos, el valor de sensibilidad se da en números negativos. Así, podemos decir que un micrófono que tenga una sensibilidad de -48 dB tendrá un nivel de señal superior que otro con una sensibilidad, por ejemplo, de -52 dB. Cuanto mayor es el número (atención, trabajamos con números negativos) mejor será la sensibilidad. Así pues, ante una señal procedente de una fuente sonora con un determinado nivel, un micro con sensibilidad baja aportará un nivel de señal inferior al de otro con una sensibilidad mayor.

Los micrófonos más sensibles suelen ser los de condensador, ya que tienen un circuito preamplificador incorporado. Hay que tener en cuenta que cuanto mayor sea la sensibilidad de un micrófono, menor amplificación necesitará el audio a continuación para proporcionar un mismo nivel de sonido de salida, y además implicará un menor nivel de ruido (introducido por las etapas amplificadoras). Cuando se usan micros de baja sensibilidad, como los dinámicos, se pueden producir sobrecargas y distorsiones debido a una excesiva amplificación. No hay que confundir este efecto con la distorsión del micro.

Respuesta en frecuencia (o fidelidad) de los micrófonos

Probablemente es una de las características que menos se tiene en cuenta y, sin embargo, es de las principales. El concepto de "respuesta de frecuencia" sirve para conocer el rango de frecuencias en las que un micrófono funciona, es decir, el rango dinámico que ofrece sin que se produzcan grandes distorsiones en el audio captado. La respuesta en frecuencia también nos indica qué rango del espectro audible es capaz de recoger el micrófono y por tanto cuál es su fidelidad al captar sonidos (recuérdese que el oído y la voz humana se encuentran en el rango de frecuencias de 20 Hz a 20 kHz).

La respuesta en frecuencia indica cómo varía la sensibilidad del micrófono según la frecuencia. Lo normal es que un micrófono tenga una buena respuesta en frecuencia en rangos de 50 a 15.000 Hz. Si la salida de señal del micrófono es igual en todo ese ámbito diremos que la respuesta en frecuencia es plana (gráfico de sensibilidad-frecuencia plano en dicho rango) y por ello será capaz de reproducir una gran variedad de sonidos sin modificar el original.

Los micrófonos que tienen una respuesta más lineal son los micrófonos de condensador. De cualquier forma, que un micrófono no sea lineal (no tenga una respuesta en frecuencia plana) no quiere decir que sea malo, ya que conociendo su respuesta en frecuencia nos permitirá diseñar la etapa amplificadora de audio que se le ha de añadir con ecualizaciones de frecuencia (ajustes de agudos, graves, etc...) para que a la salida de ésta se obtenga una respuesta de frecuencia de todo el conjunto plana (o el resultado que más nos convenza).

Hay otros micrófonos que tienen picos notables de mayor sensibilidad en determinadas frecuencias, por lo que realzarán dichas frecuencias, y por ello se utilizan para aplicaciones concretas. Si el pico está entre 2 y 8 kHz se producirá una mayor inteligibilidad de la voz, lo que se conoce como "realce de la voz" o "presencia de la voz".

Respuesta en frecuencia del modelo Shure SM58

Gráfica de respuesta en frecuencia del micrófono Shure SM58. En el eje vertical se indican los decibelios que recibe a cada frecuencia que figura en el eje horizontal. La escala vertical es logarítmica al estar expresada en decibelios. Como se puede observar, a partir de 200 Hz (0,2 kHz) comienza a captar notablemente y deja de hacerlo sobre los 15 kHz.

Impedancia de los micrófonos

Dependiendo del tipo de micrófono y de su diseño, estos presentarán una impedancia interna determinada. Èsta se define como la resistencia interna del micrófono y es función de la frecuencia.

Generalmente se considera como baja impedancia valores de impedancia de hasta 600 ohmios (otras fuentes indican hasta los 1000-5000 ohmios), impedancia media para valores de entre 600 ohmios y 10 Kohm (5 Kohm a 15 Kohm), y alta impedancia para valores superiores a 10-15 Kohm. Dado que la impedancia de un micrófono puede variar con la frecuencia, la impedancia nominal de un micrófono se suele referir a la que presenta dentro de un rango de frecuencias dado (típicamente en torno a los 800-1000 Hz).

Los micrófonos dinámicos son ejemplos de micrófonos de baja impedancia, ya que están constuituidos por una bobina de hilo conductor de baja resistencia óhmica, mientras que los micrófonos cerámicos y piezoeléctricos son micrófonos de muy alta impedancia, pues son más parecidos a un condensador (de resistencia óhmica entre placas muy elevada).

Como con cualquier fuente de señal, un micrófono proporcionará la máxima potencia de salida de las señales que genere cuando su salida esté adaptada en impedancia al circuito preamplificador de audio. Así, un micrófono de alta impedancia deberá ser conectado a una entrada de alta impedancia, como puede ser la que proporciona un antiguo preamplificador de tubos de vacío, o un preamplificador moderno basado en transistores FET's.

Si un micrófono no se conecta a una carga correctamente adaptada en impedancias a la del micrófono, además de no entregar la máxima potencia el micrófono sobre la carga (típicamente la entrada de un preamplificador), reduciéndose el nivel de señal entregado por el micrófono, se puede ver muy afectada la respuesta en frecuencia del micrófono, provocando la distorsión de las señales de audio captadas, especialmente para sonidos fuertes (de alta presión sonora).

Los micrófonos de baja impedancia se suelen preferir a los de alta impedancia por dos razones: La primera es que si se emplean cables largos para conectar los micrófonos, la capacidad del cable se comporta como un filtro paso-bajo que atenúa las frecuencias altas si se conecta el cable a la salida de un micrófono de alta impedancia. Si la salida del micrófono es de baja impedancia, el efecto de la capacidad del cable largo sobre las frecuencias altas se limita mucho, por lo que pueden ser usados con cables prolongadores de importantes longitudes sin mermar la calidad del audio. Y por otro lado, los cables largos pueden sufrir inducciones por ruidos electromagnéticos externos (ruidos electrostáticos, zumbidos de red eléctrica, etc...) e incluso captar señales de RF que pueden provocar interferencias de radio en los equipos de audio (en especial si no son cables blindados o coaxiales), pero estas señales inducidas en los cables se amortiguan mucho si el cable está cargado en baja impedancia, siendo mucho más notables si está cargado en alta impedancia: Los cables cargados en baja impedancia son menos sensibles a captar interferencias y ruidos externos.

Directividad o direccionalidad de los micrófonos

La directividad se refiere a cómo será la captura de sonido dependiendo del lugar en el que se encuentre la fuente, es decir, su patrón polar. Según como esté construido el micrófono, y la cápsula que lo alberga, los micrófonos pueden mostrar una sensibilidad mayor en unas direcciones que en otras, haciéndolos más o menos direccionales. Mediante los denominados diagramas polares se representa sensibilidad de un micrófono en función de la dirección de procedencia del sonido, normalmente referida en el plano horizontal, y con respecto a la posición del diafragma del micrófono (posición de referencia o de cero grados), que es el elemento de éste que capta las vibraciones de las ondas sonoras. Por ello también, cómo esté realizado el diafragma afecta bastante a la direccionalidad del micrófono (un diafragma plano, por ejemplo, será más sensibles a las ondas sonoras que inciden en él frontalmente, y la sensibilidad disminuye a medida que las ondas provienen de direcciones cada vez más apartadas de la perpendicular al plano del diafragma, ya que ejercen menos presión sobre éste).

También de la construcción del diafragma y sus características físicas (elasticidad, etc...) dependerá la respuesta en frecuencia del micrófono: Diafragmas pequeños responderán bien a frecuencias de audio altas, mientras que diafragmas de mayor tamaño respondrán también a frecuencias bajas. Además, el micrófono puede tener picos de alta sensibilidad a determinadas frecuencias debidos a resonancias mecánicas del diafragma a dichas frecuencias.

La directividad de los micrófonos es distinta a diferentes frecuencias: A frecuencias bajas es más ancha ; a frecuencia altas, más estrecha. Los hay direccionales, que recogen sonido (mayor sensibilidad) en una dirección determinada ; omnidireccionales, que los recogen en todas las direcciones. Respecto a los micrófonos direccionales, podemos clasificarlos en varios tipos, según su patrón o diagrama polar:

Los cardioides, hipercardioides y supercardioides tienen cierta sensibilidad a los sonidos procedentes de la parte trasera (aunque el cardioide tiene un nulo o mínimo de sensibilidad justo en la parte trasera), pero son muy útiles en ambientes ruidosos. Los bidireccionales captan señales de las partes delantera y trasera y son sordos respecto a los laterales. En cuanto a los micrófonos omnidireccionales, tienen la cualidad de ser muy versátiles, puesto que nos valdrán en multitud de ocasiones, teniendo en cuenta siempre que van a recoger con igual sensibilidad sonido ambiente procedente de cualquier lugar de nuestro alrededor.

Un poco más adelante volveremos a los tipos de micrófonos según su direccionalidad.

Distintos tipos de diagramas polares de direccionalidad de los micrófonos. Situando el micrófono en el centro del diagrama, y con su eje orientado en sentido vertical (dirección de referencia o de cero grados), las líneas gruesas de cada diagrama presentan la sensibilidad (normalmente expresada en dB) del micrófono en función del ángulo de llegada de las señales sonoras. Es decir, para un mismo valor de presión sonora, las líneas gruesas representan la sensibilidad del micrófono en función del ángulo de procedencia del sonido. La dirección de referencia, que corresponde a la dirección frontal del micrófono, normalmente es la de mayor sensibilidad, y se le suele asignar en estos diagramas polares la sensibilidad relativa de 0 dB. Los círculos interiores del diagrama representan distintos valores de sensibilidad a efectos de escala (p.ej, -5 dB, -10 dB, -15 dB, etc...).

TIPOS DE MICRÓFONOS

Tipos de micrófonos según el transductor electroacústico empleado:

Tipos según su direccionalidad

Como se ha comentado anteriormente, según como esté construido el micrófono, y la cápsula que lo alberga, los micrófonos pueden mostrar una sensibilidad mayor en unas direcciones que en otras, haciéndolos más o menos direccionales. Los denominados diagramas polares se representa sensibilidad de un micrófono en función de la dirección de procedencia del sonido, normalmente referida en el plano horizontal, y con respecto a la posición del diafragma del micrófono, que es el elemento de éste que capta las vibraciones de las ondas sonoras. También de la construcción del diafragma y sus características físicas (elasticidad, etc...) dependerá la respuesta en frecuencia del micrófono: Diafragmas pequeños responderán bien a frecuencias de audio altas, mientras que diafragmas de mayor tamaño respondrán también a frecuencias bajas. Además, el micrófono puede tener picos de alta sensibilidad a determinadas frecuencias debidos a resonancias mecánicas del diafragma a dichas frecuencias.

Según todo esto, los micrófonos se pueden clasificar (repitiendo un poco lo anterior) en:

LOS MICRÓFONOS DINÁMICOS O DE BOBINA MÓVIL

Los micrófonos dinámicos son un tipo de micrófono electrodinámico, también denominados micrófonos de bobina móvil, que constan de un diafragma rígido suspendido frente a un potente imán permanente, que cuenta con una hendidura en cuyo interior se coloca una bobina móvil que es solidaria con el diafragma del micrófono (está unida al diafragma). Cuando las ondas sonoras actúan sobre el diafragma (que suele ser de pequeñas dimensiones, de 20-30 mm de diamétro), y la hacen vibrar, la bobina solidaria se mueve a su vez (hacia delante y hacia atrás) solidariamente con el diafragma dentro de la ranura del imán, con lo que por inducción electromagnética se generarán en la bobina débiles corrientes alternas cuyas fluctuaciones se corresponden con las variaciones de presión sonora que actúan sobre el diafragma.

La bobina móvil está realizada con fino hilo de cobre esmaltado, y dependiendo del número de espiras o cantidad de hilo empleado para realizar la bobina, el micrófono será más o menos sensible, esto es, podrá entregar un nivel de señal a su salida más o menos elevado para un mismo estímulo sonoro. Aquellos micrófonos con bobinas de pocas espiras entregaran señales muy bajas, que requerirán una preamplificación adicional, y en estos casos, el preamplificador se suele alojar en el propio cuerpo del micrófono. Típicamente los micrófonos dinámicos no preamplificados suelen proporcionar tensiones de algunas decenas de milivoltios al hablar delante de ellos.

La impedancia de salida en los micrófonos de bobina móvil es baja, está típicamente en el rango de entre los 50 y los 600 ohmios, y la impedancia exacta depende de la frecuencia, por lo que la impedancia del micrófono se suele referir a frecuencias del margen vocal (p.ej, a 1000 Hz). Algunos modelos poseen un trasformador elevador de impedancias que permite un nivel alto de salida sobre alta impedancia, lo que permite la conexión del micrófono a amplificadores con entradas de media y alta impedancia.

El estándar de impedancia de salida en los micrófonos de bobina móvil profesionales se sitúa en los 200 ohmios. Este es un valor lo suficientemente bajo como para permitir largas tiradas de cable para los micrófonos. El empleo de impedancias bajas en sistemas de audio permite que las tiradas de cables de audio sean menos sensibles a ruidos externos (ya que las señales que se inducen en el cable sólo son importantes si el cable estuviera cargado en altas impedancias), pudiéndose incluso emplear cables no blindados (aunque no es recomendable utilizarlos para cables de micrófonos). Además, las tiradas largas de cable en baja impedancia mejora la respuesta en frecuencias agudas, ya que éstas tienen mayores pérdidas en largos cables cargados en alta impedancia.

La frecuencia o pico de resonancia (llamado también pico de presencia) se sitúa en las frecuencias medias, en torno a los 5 kHz (frecuencia debida principalmente a cuestiones mecánicas, como el tamaño y flexibilidad del diafragma, que determina resonancias mecánicas del diafragma a estas frecuencias de audio, realzando el nivel de salida eléctrico de la bobina del micrófono). A partir de los 8 ó 10 kHz su respuesta en frecuencia decae rápidamente, lo cual se debe a que la masa de la bobina móvil, que está unida al diafragma, por inercia dificulta que el diafragma se pueda mover a velocidad suficiente para poder captar y vibrar bien las frecuencias altas (tanto más cuanto más alta sea la frecuencia de audio).

Normalmente los micrófonos dinámicos de calidad (profesionales) tienen una buena sensibilidad en el margen de frecuencias de 40 Hz a 16 kHz, aunque la calidad del audio proporcionado es menor que la que proporciona un micrófono de condensador. Pese a esto, su calidad no es óptima, pues su respuesta en frecuencia es limitada e irregular. Ésta no es igual para todas las frecuencias. Aunque las cápsulas dinámicas pueden suelen ser omnidireccionales o cardiodes, los micrófonos dinámicos tienden a ser más direccionales para los sonidos graves que para los sonidos agudos, con lo que se refuerzan los graves. Este inconveniente suele ser superado durante el diseño, donde, para compensar el efecto, se incluye un filtro atenuador de graves, que recorta las bajas frecuencias.

La irregular respuesta en frecuencia del micrófono de bobina móvil, en la práctica, supone que no sea aconsejable su uso cuando las fuentes sonoras emitan sonidos con un gran componente de altas frecuencias (caso de las arpas, los violines, etc). Por el contrario, resultan idóneos cuando se trata de fuentes próximas en las que dominan las bajas frecuencias (como ocurre con los cantantes, e instrumentos como el bombo, la batería, los amplificadores de guitarra, etc.). El problema de la respuesta irregular es superado en la mayoría de micrófonos profesionales de gama alta, al emplear éstos dos cápsulas en un mismo módulo: una para captar las altas y medias frecuencia y otra para las bajas frecuencias.

Las principales ventajas de los micrófonos de bobina móvil son su robustez, su precio (son relativamente baratos) y su autonomía (no necesitan alimentación). Otra ventaja es que se suelen construir con protección frente a los campos magnéticos externos (que actuarían sobre la bobina del micrófono, generando señales espúreas). Además resisten bien la humedad, la temperatura y las vibraciones. Se utilizan mucho como micrófono de mano, pues su robustez los hace apropiados para su manejo por parte de los vocalistas. También es importante que el pico de presencia se sitúe en torno a los 5 Khz, pues ello realza la voz y mejora su inteligibilidad. Además, el microfóno de bobina móvil de mano suele llevar una pantalla (de tela) antiviento delante del diafragma que sirve para atenuar los ruidos de la boca (por la expulsión de aire) cuando se encuentra a corta distancia de ésta. Es además un micrófono muy utilizando cuando es necesario situarlo sobre algún soporte (en una pequeña jirafa, sobre una mesa, colgado sobre el techo...etc.). Estos factores hacen que sean muy utilizados tanto en interiores como en exteriores.

El primer diseño comercial del micrófono dinámico o de bobina móvil fue desarrollado por Marconi Sykes en el año de 1923. Después, el Sr. Alain Blumlein contribuyó implementando una membrana de balsa de madera y aluminio obteniendo como resultado el micrófono dinámico HB1B, el cual fue considerablemente empleado en los estudios EMI.

En 1933, en Norteamérica, la empresa Shure lanza su primer micrófono dinámico, el modelo 40D. Después, en 1934, la empresa Electro-Voice contribuye al desarrollo de los micrófonos dinámicos ideando un sistema que permite disponer de los micrófonos cerca de sistemas de iluminación y elementos electrónicos sin que éstos dieran lugar a fallos. En la actualidad, se sigue implementando esta característica en los micrófonos.

Once años después, en Alemania, el Dr. Fritz Sennheiser fundó los Laboratorios Wennebostel, nombre que mantiene hasta 1958 siendo reemplazado por Sennheiser Electronic, y se convierte en la marca líder de micrófonos dinámicos. Desde 1946, con su primer micrófono, el modelo DM 1, Sennheiser ha contribuido en el desarrollo de micrófonos, tanto dinámicos como de condensador. Durante un periodo de tiempo importante, fue la marca preferida en los conciertos en vivo por su calidad y duración.

Cabe destacar que los primeros diseños de micrófonos dinámicos eran grandes y robustos, haciéndolos muy resistentes a diferentes factores.

LOS MICRÓFONOS ELECTROSTÁTICOS: MICRÓFONOS DE CONDENSADOR

Bajo la denominación general de micrófonos electrostáticos se agrupan un conjunto de micrófonos cuya cápsula está estructurada como un condensador eléctrico (dos placas enfrentadas separadas por aire o un material dieléctrico flexible), con el diafragma del micrófono conectado a una de las placas.

Al hablar delante del micrófono, las ondas sonoras provocan el movimiento oscilatorio del diafragma. A su vez, este movimiento del diafragma se transmite a la placa del condensador a la que está unida, provocando leves variaciones en la capacidad del condensador. Estas variaciones dan lugar a variaciones equivalentes en la energía eléctrica almacenada en el condensador (variaciones de carga eléctrica), que generan una tensión eléctrica que es la señal que es enviada a la salida del micrófono. Para su funcionamiento es necesario que el micrófono esté alimentado con una tensión eléctrica de entre 9 y 52 voltios, dependiendo de las especificaciones del fabricante.

A esta categoría de micrófonos pertenecen los micrófonos de condensador ordinarios, los micrófonos de condensador de radiofrecuencia y los micrófonos electretes

En los micrófonos de condensador (y en general, en cualquier otro tipo de micrófono electrostático), la cápsula microfónica esta formada por dos placas conductoras enfrentadas separadas por un material aislante (aire u otro), formando un condensador plano, siendo una placa fija (rígida) y otra móvil o flexible. Se basan en el hecho físico de que si una de las placas de un condensador tiene libertad de movimiento con respecto a otra que permanece fija, la capacidad de almacenar carga variará al moverse la placa móvil.

La placa móvil del micrófono hace la función de membrana diafragma del micrófono. Se trata de un disco conductor elástico (base de poliéster con recubrimiento de metal vaporizado, que es lo que lo hace conductor) de 12 a 25 mm de diámetro. Es esta placa móvil la que se acerca o se aleja de la fija al hablar delante del micrófono (al vibrar con las ondas sonoras), provocando variaciones en la capacidad del condensador, y con ello variaciones en la tensión almacenada entre ambas placas.

Recuérdese que en un condensador de capacidad C dada, la carga eléctrica que puede almacenar al aplicar una tensión V de polarización entre armaduras viene dada por la siguiente relación:

de manera que si varía la capacidad del condensador al moverse alguna de las placas frente a la otra, si la tensión de polarización es constante, se producirán débiles variaciones de carga que circularán por el circuito externo como pequeñas corrientes eléctricas, y si el condensador está cargado con una impedancia muy alta (que evite la circulación de estas corrientes), se producirán variaciones en la tensión de polarización entre placas.

La gran ventaja del micrófono de condensador es que el tamaño de su diafragma no está limitado por el hecho de tener que acoplarse a un determinado campo magnético, como ocurre en los electrodinámicos (de bobina móvil o de cinta). Además, la frecuencia de resonancia mecánica de los micrófonos de condensador se sitúa en la zona de los agudos (de 12 a 20 kHz), sin embargo, como el diafragma es más pequeño y por tanto menos pesado que el de los micrófonos de bobina móvil, no se producen picos de resonancia tan altos como en los micrófonos de bobina móvil.

Las placas del condensador necesitan de una tensión eléctrica para poder funcionar, de ahí, que estos micrófonos no sean autónomos sino que han de estar polarizados, esto es, requieren una alimentación, que puede proporcionarla una pila o bien puede ser una alimentación externa, conocida como alimentación fantasma, siendo la más empleada la denominada alimentación phantom, que opera típicamente a 48 voltios.

La tensión de polarización proporcionada al condensador del micrófono ha de ser muy limpia y libre de interferencias. La sensibilidad de la cápsula es proporcional a la tensión de polarización (como se deduce d elas fórmulas anteriores). Un incremento de la tensión de polarización permite incrementar la sensibilidad de la cápsula o reducir el tamaño de la membrana, y esta es la razón por la cual al principio se usaban tensiones de alimentación bastante altas para estos tipos de micrófonos.

Además de proporcionar energía a las placas, la alimentación phantom o la tensión de la pila también suministra la corriente necesaria para hacer funcionar el circuito preamplificador (pre-amp) que los micrófonos de condesador necesitan, dado que la señal de salida que generan los micrófonos de condensador es bastante débil de potencia, y han de ser cargados en alta impedancia (micrófonos de alta impedancia).

En efecto, la capacidad entre placas típica de un condensador de condensador es del orden de 10 a 60 pF, y tan bajo valor implica que la impedancia del micrófono como generador de señal a frecuencias de audio es muy elevada, y por ello el micrófono debe conectarse a un convertidor de impedancia con una impedancia de entrada extremadamente alta para obtener una respuesta de frecuencia plana. Además, las pequeñas variaciones de capacidad al hablar delante del micrófono hacen que éste entregue una señal muy débil.

Por ello se ha de conectar el micrófono de condensador a un circuito que adapte en impedancias la muy elevada impedancia del micrófono a una impedancia mucho más baja, y que además preamplifique las señales generadas por el micrófono. Este circuito está constituido típicamente por un transistor de efecto de campo (FET) en configuración de seguidor de fuente (source) con la cápsula microfónica conectada a la puerta del FET (quedando polarizado en continua a través de la capacidad serie puerta-drenador del transistor FET), seguido de un preamplificador adicional y un circuito desacoplador (separador) de la alimentación Phantom si el circuito no está alimentado localmente con una pila. Si se emplea una alimentación Phanton, ésta se suministra al circuito adaptador desde la cónsola-mezclador de audio o amplificador de audio a través de los mismos hilos conductores del cable de micrófono que unen a éste con la cónsola o amplificador de audio.

Si se emplea la alimentación Phantom, los dos hilos del cable del micrófono que llevan las señales de audio transportan la misma tensión continua de alimentación respecto al tercer hilo de conexión, el hilo de masa. En ambos extremos del cable del micrófono, la alimentación Phantom se desacopla (se separa) de las señales de audio típicamente mediante el empleo de un transformador de audio o mediante un par de condensadores (si bien en este último caso el empleo de condensadores de alto valor para bloquear la alimentación puede generar una distorsión medible y audible en las señales de audio).

Los micrófonos de condensador son los más utilizados por los profesionales del sonido, pues, de todos los tipos de micrófonos, ofrecen la mayor respuesta en frecuencia: de 20 Hz a 18.000 Hz. Actualmente el micrófono de condensador está considerado por los profesionales como el estándar de máxima calidad, quedando el resto de tipos de micrófonos para aplicaciones específicas.

Los micrófonos de condensador comerciales son de direccionabilidad variable. Es decir, incorporan un conmutador que permite elegir la direccionalidad (cardioide, direccional u omnidireccional) más conveniente ante una fuente de sonido dada.

La principal desventaja de los micrófonos de condensador es que, por su gran sensibilidad, si la fuente sonora es muy alta o está demasiado alta, puede producir distorsión por sobrecarga, lo que entre los profesionales recibe el nombre de "sonido quemado".

Otro inconveniente es que presentan una impedancia de salida muy alta (por encima del centenar de kiloohmios), por lo que la longitud de cable para que no haya pérdidas debe ser corta, o bien deben ser preamplificados antes de entregar la señal a línea, empleando para ello un preamplificador de alta impedancia de entrada, como se ha explicado anteriormente. Además, la alta impedancia de micrófono y de la entrada del preamplificador hace que la conexión sea sensible a ruidos eléctricos y magnéticos ambientales (zumbidos de red eléctrica, etc...).

Si se emplea una conexión de cable blindado entre el micrófono y la entrada de alta impedancia del preamplificador, ésta ha de ser corta (pocos centímetros, hasta un par de metros, según el cable blindado empleado), ya que el cable blindado introduce una capacidad parásita a masa que puede ser no despreciable frente a la capacidad propia de la cápsula micrófónica, y ello afectará a la respuesta en altas frecuencias de audio (comportándose como un filtro paso-bajo): A mayor longitud del cable blindado de conexión, se deteriora más la respuesta en altas frecuencias.

Además, los micrófonos de condensador también presentan otros grandes inconvenienes: se ven afectados por las condiciones de humedad y temperatura, son muy frágiles y tienen un alto coste (son caros).

Una variante de los micrófonos de condensador son los micrófonos de condensador de Radiofrecuencia. Se trata de un micrófono electrostático muy similar al de condensador ordinario, en el que tanto la placa móvil (diafragma) como la placa fija forman parte de un circuito oscilador de RF sintonizado (alojado dentro de la propia cápsula del micrófono). Este circuito oscilador está sintonizado con un circuito tanque LC, donde el condensador es el propio condensador del micrófono. Al hablar delante del micrófono, las variaciones de capacidad que se producen en el condensador del micrófono originan variaciones en la frecuencia generada por el oscilador (en función del movimiento del diafragma), transmitiéndose a la salida del micrófono una señal de RF modulada en frecuencia, de la cual se puede extraer el sonido con el uso de un demodulador adecuado.

Algo de historia

El micrófono de condensador fue inventado por Edward Christopher Wente, de Laboratorios Bell, en 1916 y patentado por Gerhard Sessler y Jim West (también de Laboratorios Bell) en 1917 (patente USA Nº 3118022). El primer micrófono de condensador comercial fue presentado por la Western Electric y corresponde a la referencia 394.

Desde 1926 han sido empleados ampliamente en la radiodifusora británica BBC, y en nuestros días su uso es para estudios de grabación, radiodifusión, mediciones, entre otras aplicaciones. En 1928, el Sr. Georg Neumann fundó su propia compañía en Berlín, convirtiéndose en el líder en micrófonos especiales para estudios de grabación. Su primer micrófono de condensador producido en masa, el modelo CMV 3, se estableció como estándar ya que duró entre 1928 hasta finales de la Segunda Guerra Mundial sin cambios y se utilizó considerablemente en los juegos olímpicos de 1936 en Berlín.

En el año 1947, Neumann lanzó el U47, el primer micrófono de condensador con patrones polares conmutables (conmutable entre cardioide y omnidireccional), y destacó como uno de los elementos de mayor influencia en los estudios de grabación. Se convirtió en todo un clásico para grabar voces desde que se supo que Frank Sinatra se negaba a cantar sin su U47.

El U47 utilizaba una la cápsula microfónica M7, los tubos electrónicos VF 14 M de Telefunken como preamplificadores de señal, y un transformador de salida de audio BV8, todo ello alojado dentro de una carcasa metálica cilíndrica. La empresa de Neumann era responsable de la distribución del micrófono para Alemania pero la distribución global fuera de Alemania estaba a cargo de la compañía alemana Telefunken. Por ello, todos los U47 y U48 (modelo posterior) fabricados para fuera de Alemania poseen la marca y el tradicional diamante de la marca de Telefunken. La alianza entre Telefunken y Neumann, al igual que la producción del U47, cesó en el año de 1958. Dos años después, la misma compañía Telefunken patentó y produjo el primer micrófono con la opción de seleccionar los patrones polares de forma remota desde la unidad de alimentación del micrófono, denominado M49.

En los años cincuenta cesó la producción de los tubos electrónicos VF 14 M de Telefunken, y por ello en los años sesenta los micrófonos Neumann utilizaron el tubo electrónico AC Telefunken 701, desarrollado especialmente para los micrófonos U67, un micrófono conformado por una gran membrana conmutable. Hoy en día, el U87, uno de los micrófono de condensador más utilizados en estudios de grabación, aplica el mismo sistema. Su diseño fue desarrollado desde 1967 hasta 1986 manteniendo su cápsula microfónica sin ningún cambio, simplemente fueron variando los componentes electrónicos asociados. Su cápsula microfónica es de doble diafragma con 3 patrones direccionales seleccionables.

LOS MICRÓFONOS ELECTRETES (ECM)

El llamado micrófono de condensador electret o, simplemente electret, es una variante del micrófono de condensador que utiliza un electrodo (fluorocarbonato o policabonato de flúor) laminar de plástico que al estar permanentemente polarizado no necesita alimentación (a diferencia de los micrófonos de condensador convencionales, que requieren una polarización externa en alta impedancia). Que los electrodos del micrófono estén permanentemente polarizados significa que el material dieléctrico con que están constituidos está permanentemente cargado eléctricamente desde el mismo momento de su fabricación, manteniendo una carga eléctrostática embebida en el material, y que debido a la elevadísima resistencia eléctrica del dieléctrico y su elevada estabilidad química, esta carga electrostática embebida puede durar cientos de años.

Típicamente estos micrófonos se conocen con la abreviatura inglesa ECM, de "Electret Condenser microphon" (Micrófono de condensador Electrete).

La fabricación de un electrete se hace fundiendo primero un material dieléctrico adecuado como un plástico o una cera que contengan moléculas polares, y entonces se permite su solidificación al enfriarse a la vez que se le aplica un potente campo electrostático. Con ello se consigue que las moléculas polares del dieléctrico se alineen en la dirección del campo electrostático mientras el dieléctrico aún está licuado, quedando esta orientación de las moléculas fijada de manera permanente al solidificarse el dieléctrico. Al quedar las moléculas polares orientadas, una cara del dieléctrico tendrá una cierta carga positiva (debido a los extremos más positivos de las moléculas, que han quedado orientados hacia esa cara), mientras que la otra cara tendrá una cierta carga negativa (debido a los extremos más negativos de las moléculas, que han quedado orientados hacia esa otra cara). A ambas caras del dieléctrico se conectan los electrodos de conexión, y a uno de ellos se fija el diafragma o membrana que vibrará con el sonido al hablar delante de él. Los modernos electretes emplean como material dieléctrico plástico PTFE (PoliTetraFluoroEtileno o Teflón), ya sea en película fina, o bien en solución.

Estas cargas debidas a la polarización de las moléculas son las que producen la polarización permanente del micrófono, no requiriendo alimentación externa para polarizarlo. No obstante, sí se requiere de una alimentación externa, que es necesaria para alimentar el preamplificador de señal que la cápsula microfónica incorpora, y que sólo consume unos pocos miliamperios.

El preamplificador de señal amplifica la débil señal que genera el dieléctrico al ser accionado por el diafragma (al hablar delante de él), y es un amplificador constituido típicamente por un transistor FET de canal N en configuración de fuente común. El preamplificador es alimentado externamente, siendo alimentado típicamente por una alimentación de tipo phantom (típico en los estudios de sonido), o por una pila de 1,5 voltios, limitando la corriente de alimentación con una resistencia serie que también determina la ganancia y la impedancia de salida del micrófono. Con un condensador externo se deja pasar las señales de baja frecuencia amplificadas, bloqueando la corriente continua de alimentación del preamplificador. En todo caso no se debe de sobrealimentar constantemente el micrófono electrete, ya que ello acorta su vida útil

La etapa preamplificadora amortigua la alta impedancia de salida del dieléctrico y aumenta las señales de voz a un valor promedio típico de 1 a 2 mV cuando se habla a un metro de distancia de la cápsula de micrófono ECM. La preamplificadora ctúa como adaptadora de impedancias y sólo requiere una reducida tensión de alimentación para funcionar.

Las cápsulas EMC básicamente constan de un pequeño y corto cuerpo metálico cilíndrico, de un diámetro típico en torno a 10 mm, y por ello tienen un diafragma pequeño. Al ser el diafragma de estos micrófonos pequeño y pesar muy poco (tiene muy poca masa), la respuesta en frecuencia del micrófono electret se aproxima más a la respuesta que proporciona un micrófono de bobina móvil, que a la que ofrece un micro de condensador convencional.

En cuanto al modo como son fabricados, se pueden clasificar en tres tipos, dependiendo de cómo es usado el material electrete en su diseño:

En cuanto a la directividad de los micrófonos electretes, éstos pueden ser omnidireccionales o direccionales.

Los micrófonos electret son robustos, por lo que soportan la manipulación, y además tienen como gran ventaja el que su tamaño puede ser muy reducido (los más habituales tienen un diámetro en torno a los 10 mm). Por ese pequeño tamaño, el micrófono electret se usa en aquellas aplicaciones que aprovechan esta ventaja:

Los micrófonos electret tienen una respuesta en frecuencia bastante buena (50 a 15.000 Hz), aunque menor de la de los micros de condensador (que son mucho más sensibles en la zona de los agudos). Además es poco plana.

En las aplicaciones típicas de los micrófonos ECM, se alimentan con una tensión continua típica de 5 a 15 V y absorbe una corriente de 1 mA aproximadamente, que es limitada por una resistencia en serie con la alimentación cuyo valor generalmente es de 470 ohm (a 5 voltios) a 4,7 k (a las tensiones de alimentación más altas). En cualquier caso, los datos de una cápsula ECM dado se pueden encontrar en catálogos de componentes o son proporcionados por el fabricante de la cápsula.

En cuanto a la resistencia, debido a la configuración en "fuente común" del transistor preamplificador FET del micrófono, la ganancia del micrófono es directamente proporcional al valor de la resistencia, pero al aumentarla también aumenta la capacidad interna del FET y limita por arriba la banda pasante. Por otro lado la impedancia de salida del micro va a ser igual a esta resistencia, y no interesa que sea alta. Además cuando esta resistencia es alta, pasa menos corriente por el FET, así que se satura antes. Hay que alcanzar un valor de compromiso para el valor de esta resistencia, y como regla general se suele elegir de manera que limite la corriente que circula por el micrófono a 1 mA.

La tensión de alimentación no es algo crítico en un micrófono electrete, pero se ha de tener en cuenta que la tensión máxima de audio que entrega el micrófono va en función de su tensión de alimentación. Es decir, con tensiones de 5 V el micro se va a saturar a volúmenes más bajos que si lo alimentamos con 12 V. Para captar voz o señales muy débiles no será un problema, pero para captar otros sonidos más intensos se han de usar tensiones de alimentación más elevadas.

Para el condensador de salida se puede usar cualquier capacidad entre 220 nF y 220 µF, siempre que se tenga en cuenta que actúa como un filtro pasa-altos, y las frecuencias bajas se pueden perder si se utiliza una capacidad muy baja.

El principal inconveniente que presentan los micrófonos ECM es que son muy sensibles a los cambios de humedad y temperatura, lo que junto con el polvo, deterioran su rendimiento con el uso. Un micrófono electret empieza a indicar que debe ser retirado (que ha acabado su vida activa) cuando empieza a producir zumbidos (ruidos) inexplicables. (En ocasiones, estos zumbidos, similares a los de red eléctrica, se pueden suprimir añadiendo un cierto blindaje metálico a la cara activa de la cápsula microfónica y conectado a masa, es como si el micrófono se hubiera hecho sensible a los campos generados por la red eléctrica y el blindaje lo protegiera de éstos).

Desde el punto de vista histórico, los dieléctricos electretes se conocen bien desde los años 1920's, y se propuso varias veces su uso como dieléctrico en micrófonos de condensador, pero ello no se pudo realizar de manera práctica hasta que el tipo de electrete en hoja o lámina fue inventado en los Laborarorios Bell en 1962 por Gerhard Sessler y Jim West, que emplearon una delgada hoja metalizada de teflon. Éste se convirtió en el tipo más común de electrete, empleado en muchas aplicaciones de grabaciones de alta calidad, y como micrófonos miniatura para pequeñas grabadoras y teléfonos. Cuando el coste de fabricación bajó y mejoró la calidad de los micrófonos electretes, los de mejor calidad podían rivalizar en calidad con los micrófonos de condensador ordinarios.

TIPOS DE MICRÓFONOS ECM

Existen cápsulas ECM de dos y de tres terminales de conexión. En las cápsulas ECM de dos terminales, el terminal de masa o conexión común es identificada como la conexión de soldadura que está en contacto con la carcasa metálica o cuerpo del micrófono.

Para las cápsulas ECM de tres terminales, el terminal de masa o conexión común es el que está en contacto con la carcasa metálica o cuerpo de la cápsula. Los otros dos terminales son la salida de audio y el terminal de alimentación, ver imagen de la izquierda.

El tamaño físico de todas estas cápsulas de micrófono es pequeño, típicamente alrededor de 10 mm de de diámetro.

Al utilizar una cápsula ECM de 2 terminales, la salida de señal está conectada al terminal de alimentación, siendo alimentado a través de una resistencia limitadora de corriente, (de valor típico de 1k a 2k2, ver en apartado anterior). Por lo tanto, la salida de señal tiene una componente de corriente continua que debe ser bloqueada antes de conectarla a un amplificador. Esto se consigue con un condensador de salida conectado al terminal de alimentación de la cápsula ECM. Un valor típico es del 1-10 µF.

En el caso de las cápsulas ECM de tres terminales, análogamente a las cápsulas de 2 terminales, la señal de salida debe hacerse pasar por un condensador que bloquee la componente de tensión continua que la acompaña.

DESPIECE DE UN MICRÓFONO ELECTRETE DE DOS TERMINALES

La siguiente figura muestra el despiece de un micrófono electrete de dos terminales, mostrando las piezas que lo componen:

Como se deduce, el marco de D (que va a la cubierta y esta a masa) y la placa metálica E (la puerta del FET) están separados por un aislante B. Ahora bien, como ningún aislante es perfecto, éste presentará una resistencia de un valor muy elevado. Ello permite que pase una muy pequeña corriente a su través, que conecta la puerta del FET con masa. Esta corriente da lugar a la tensión de polarización V_GS del FET.

CONVERSIÓN DE UNA ENTRADA DE MICRÓFONO DINÁMICO EN ENTRADA DE MICRÓFONO ECM

Con cierta frecuencia hay necesidad de convertir un circuito de micrófono dinámico para el uso con un micrófono ECM. Esto puede hacerse mediante la adición de una resistencia en serie apropiada para alimentar la cápsula ECM y modificar el circuito como se muestra a continuación. R3 es la nueva resistencia serie para limitar la corriente de alimentación de la cápsula ECM.

LA ALIMENTACIÓN PHANTOM (FANTASMA)

La alimentación Fantasma o alimentación Phantom (en terminología inglesa) es una alimentación de corriente continua que se envía desde equipos de audio y sonido a los micrófonos a través del cable de conexión a estos, empleándose para alimentar la circuitería electrónica activa que estos pudieran incorporar, como puede ser algún circuito preamplificador, o para polarizar tipos de micrófono que requieren de esta tensión para funcionar, como son las cápsulas de micrófonos de condensador o las cápsulas de micrófonos electretes.

Típicamente la alimentación Phantom es suministrada por una tensión continua de 48 voltios (alimentación P48), pero también hay alimentaciones Phantom de baja tensión, típicamente de 12 voltios (e incluso 9 voltios).

En las alimentaciones Phantom se emplean cables de conexión al micrófono de tres hilos, empleando para las conexiones del cable a los equipos de audio y al micrófono típicamente conectores de audio de tres terminales de conexión denominados conectores XLR.

En estos casos, el micrófono emplea dos de los hilos de conexión para transmitir sus señales, en modo balanceado, mientras que el tercer hilo se emplea como masa de referencia y para apantallamiento de los dos hilos activos de micrófono. La tensión positiva de la alimentación Phantom se envía por igual a través de los dos hilos de señal de micrófono, estando referenciada al hilo de masa y/o pantalla, conectado éste al pin 1 en los conectores XLR.

Cuando se introdujo la alimentación Phantom, una de sus ventajas fue que que el mismo tipo de cable apantallado balanceado de micrófono que se estaba usando en los estudios de sonido para los micrófonos dinámicos se podían usar también para los micrófonos de condensador (micrófonos que requieren de una polarización en continua para funcionar), en contraste con los micrófonos de tubos de vacío, que requerían de cables especiales de varios conductores de varios tipos.

Una conexión de micrófono balanceada significa que el micrófono está conectado a los dos hilos que transmiten las señales (que genera el micrófono) en forma de diferencias de tensión entre ambos hilos. No requieren ser conectados al tercer hilo, que se suele emplear entonces como hilo de apantallamiento. Muchos micrófonos dinámicos son micrófonos balanceados que no necesitan alimentación alguna. Cuando se emplea la alimentación phantom, la tensión aplicada es invisible a todos los efectos para los micrófonos balanceados (como son los micrófonos dinámicos), ya que se aplica la misma tensión de alimentación continua en ambos hilos de señal del micrófono, por lo que no genera diferencias de tensión continua entre ambos hilos cuando no hay señales de audio.

En realidad, la alimentación fantasma supone la presencia de un límite de corriente a fin de prevenir los posibles daños que se pudieran causar en los micrófonos dinámicos. Aplicada a los micrófonos de condensador o electrete requiere que la salida del mirófono sea simétrica y de baja impedancia. La polarización del condensador del micrófono necesita una tensión continua completamente estable y libre de interferencias. La sensibilidad de la cápsula es proporcional a la tensión de polarización. Un incremento de la tensión permite incrementar la sensibilidad o reducir el tamaño de la membrana del condensador del micrófono, y esta es la razón por la cual al principio se usaban tensiones de alimentación bastante altas. Con el desarrollo de los convertidores se empezaron a utilizar polarizaciones de 100 a 200 voltios con tensiones de alimentación fantasma de 12 voltios.

Este método de alimentación contrasta con un método algo anterior de alimentación de micrófonos conocido como " alimentación paralelo " o " alimentación en T " (este último término derivado del término alemán " Tonaderspeisung "), en el cual la tensión positiva de alimentación se envía por uno de los hilos de señal, y la tensión negativa se conecta al otro hilo de señal o al hilo de masa o pantalla. Este sistema permite alimentar micrófonos que requieren alimentación para funcionar, como los antiguos micrófonos de carbón (en absoluto nada aptos para aplicaciones de alta fidelidad), micrófonos de condensador o micrófonos eletretes, pero puede dañar severamente a los micrófonos dinámicos, cuya bobina (de baja resistencia óhmica) representa un cortocircuito para la tensión de alimentación así aplicada, cosa que no ocurre con las alimentaciones phantom (salvo error de conexionado de los hilos del cable a los conectores XLR). Más abajo se vuelve a hablar de este método de alimentación de micrófonos.

También se pueden producir malfuncionamiento del equipo de audio o incluso daños en el micrófono o en el equipo de audio si se emplean con la alimentación phantom micrófonos, cables o adaptadores de micrófono que conectan uno de los hilos de señal a masa (como los simples cables de micrófono con un simple conductor de señal apantallado por la conexión a masa), ya que la alimentación phantom queda cortocircuitada a masa.

La mayoría de equipos amplificadores actuales no proporcionan la alimentación phantom, por lo que para emplear micrófonos con esta alimentación, debe emplearse una fuente de alimentación aparte que se ha de intercalar en la línea del micrófono. Y muchos equipos de audio de sobremesa suelen disponer de interruptores para cortar la alimentación phantom, bien sea un interruptor por canal (uno por cada línea de micrófono), o bien un interruptor general (en equipos más pequeños). También hay micrófonos que pueden ser alimentados por una pila alojada en un compartimento interno, o por la alimentación phantom externa, y con estos micrófonos debe retirarse la pila si se van a emplear con la alimentación phantom (para evitar que la pila pueda deteriorarse con la alimentación externa y produzca liberación de sustancias corrosivas), aunque hay micrófonos de estos tipos con un conmutador que desconecta las pilas si se emplea la alimentación phantom externa.

HISTORIA Y ESTÁNDARES

La alimentación phantom se empezó a utilizar en micrófonos comerciales en 1964 con el modelo Schoeps CMT 20, alimentado a 9-12 Voltios (con positivo a masa), adaptado a las especificaciones de la radio francesa. Las series CMT de Schoeps perduraron hasta mediados de los 70's. La alimentación phantom estándar de 48 voltios procede de 1966, cuando la compañía alemana fabricante de micrófonos Neumann GmbH (de Berlín) presentó un nuevo tipo de micrófono transistorizado para la Corporación de Radio Noruega (NKR, Norwegian Broadcasting Corporation), la cual requería micrófonos alimentados. Como el sistema de luces de emergencia de los estudios de la NKR empleaba una alimentación de 48 Voltios, ésta se empleó también para alimentar estos nuevos micrófonos (modelo KM 84).

El término de "alimentación fantasma" fue registrada como marca por Neumann GmbH en 1966, y se dice que adoptó el nombre de "fantasma" en alusión a un personaje del mismo nombre de los cómics, que siempre estaba escondido pero que aparecía cuando era necesario. Al ser por entonces marca registrada (actualmente ya no lo es), en algunos textos de la época aparece bajo el nombre de "alimentación simplex".

Esta alimentación phantom introducida por Neumann GmbH se estandarizó posteriormente como estándard DIN 45596. Posteriormente se incluyó en el estándard DIN durante unos años la alimentación a 24 voltios, pero apenas fue adoptada por los fabricantes de equipos de sonido. Inicialmente el estándard DIN establecía una corriente máxima de 2 mA por micrófono, pero la aparición de micrófonos de condensador desde mediados de los 1970's que requerían consumos mayores (como los micrófonos de las series Shure KSM y Schoeps CMC), hizo que el estándard DIN elevara el valor de la corriente máxima de alimentación phantom por micrófono a 10 mA.

El estándard internacional de alimentación Phantom se estableció posteriormente como estándard IEC 61938, y establece una alimentación a 48 o a 12 voltios, con el positivo de alimentación conectado a los hilos de señal de micrófono, y el negativo conectado al hilo de masa o de pantalla del cable de micrófono. El positivo se aplica a cada uno de los dos hilos de señal a través de una resistencia limitadora, que en el caso de la alimentación phantom de 48 Voltios, su valor estandarizado es de 6,8 Kohm. Este valor es el estándard, pero no es realmente un valor crítico, pero se indica que el valor de las dos resistencias empleadas no difieran en más de un 0,4%, para mantener un buen rechazo en modo común del circuito balanceado del micrófono.

OTROS MODOS DE ALIMENTACIÓN DE MICRÓFONOS

Anteriormente se citó la alimentación paralela o alimentación en T (T-Power) (término derivado del término alemán " Tonaderspeisung "), también conocida como alimentación A-B o alimentación T12. Se trata también de una alimentación de micrófonos estandarizada, descrita en el estándard DIN 45595, que es una alternativa a la alimentación phantom, aunque cada vez es menos usada, por lo que está destinada a la obsolescencia. En esta alimentación, se aplica una tensión continua de 12 voltios a través de sendas resistencia de 180 ohmios entre los dos hilos de señal del micrófono, correspondiente a los terminales 2 y 3 de los conectores XLR (la malla o pantalla, conectada a masa, está conectada al terminal 1). Ello da lugar a una diferencia de tensión de 12 voltios entre los dos hilos de señal del micrófono, que puede ser dañina para micrófonos dinámicos o de cinta, cuya bobina actúa como cortocircuito de baja resistencia para la alimentación aplicada.

Por sus características, la alimentación paralela o T12 es incompatible con la alimentación Phantom tradicional ya que no usa la masa del cable de audio, que sólamente se emplea como pantalla de los otros dos hilos. Dado que la alimentación de 12 V se aplica a los dos hilos de señal del micrófono, se suelen requerir añadir algún condensador antes de la entrada de la etapa amplificadora para que la tensión continua no llegue a la entrada de la etapa amplificadora. Y si se usa una cápsula dinámica, ésta también tiene que ser aislada de la alimentación por otro condensador, ya que la baja resistencia de la bobina de la cásula cortocircuitaría la tensión de alimentación y ésta puede dañar la cápsula.

Este sistema permite el uso de micros con entrada simétrica o asimétrica. Su punto en contra es que la longitud del cable es crítica, por lo que se usan en cables de audio más bien cortos.

Algunos equipamientos de audio y de consumo doméstico (como son grabadoras de audio portables o tarjetas de sonido de ordenador) proporcionan una tensión de alimentación de 3 a 5 voltios en el jack de micrófono y que se denomina erróneamente como alimentación phantom, y que está destinada a alimentar micrófonos de tipo electret, los cuales no funcionan sin alimentación. Estos micrófonos están conectados de manera diferente, y adaptados específicamente a este tipo de alimentación, por lo que se pueden dañar fácilmente si se conectan a una verdadera alimentación phantom.

También hay micrófonos que se pueden alimentar con una pequeña pila de 1,5 voltios alojada en un compatimento de la propia caja del micrófono o en una caja externa.

En cualquier caso, muchas veces estas alimentaciones alternativas para micrófono son denominadas erróneamente como alimentaciones phantom, y no deben ser confundidas con la auténtica alimentación phantom, descrita anteriormente.

LOS CONECTORES XLR

Los conectores XLR son una serie de conectores eléctricos, tanto machos como hembras, muy empleados en aplicaciones profesionales cableados de audio y vídeo, para los cables de los micrófonos y de transporte de señales de audio. En estas aplicaciones a nivel doméstico se suelen emplear principalmente los conectores RCA.

Los conectores XLR también se conocen coloquialmente como conectores Cannon, en referencia al fabricante original de este tipo de conectores, James H. Cannon, fundador de la compañía Cannon Electric en Los Angeles (California), actualmente parte de la ITT Corporation. Inicialmente denominados conectores de la serie "Cannon X", en versiones posteriores se les añadió un enganche (un "Latch" en inglés) para afianzar el macho a la hembra, resultando la serie "Cannon XL", y posteriormente se añadió un derivado del caucho (un "Rubber" en inglés) rodeando los contactos del conector, dando lugar así a la abreviatura XLR de estos conectores. Esta abreviatura no indica nada del uso de los terminales del conector.

Los conectores XLR más habituales son de 3 terminales de conexión, o conectores XLR3, aunque los hay de más terminales. Físicamente son muy parecidos a los conectores DIN, más antiguos y más pequeños, pero no son compatibles físicamente con estos.

Los conectores XLR3 (de tres terminales) se emplean principalmente como conector para cables de audio balanceado para micrófonos de alta calidad y para conexiones entre equipamientos de audio. También se hen empleado para transmitir datos MIDI en algunos sintetizadores Octave-Plateau, y para la transmisión de alimentaciones eléctricas para cámaras profesionales de cine y vídeo. Los conectores XLR5 (de 5 terminales de conexión) se emplean como conectores estándard en los controles de luces digitales DMX512 y para conexiones de dos canales de micrófonos o de dos canales de señales de audio entre equipos de sonido. Los conectores XLR3 también se emplearon para la conexión de los cables de altavoz a los equipos amplificadores (empleando sólo dos de los tres terminales de conexión), pero actualmente este uso está totalmente no recomendado.

En los conectores XLR3 el terminal 1 es el de masa, y los terminales 2 y 3 se conectan a los hilos que llevan las señales de audio balanceadas. El hilo de masa se emplea habitualmente para conectarlo al apantallamiento que normalmente rodea los dos hilos de señal. En los conectores hembras, el terminal 1 es más largo que los otros dos (los de señal), para que al enchufar el conector macho, haga contacto primero el terminal 1 (terminal de masa), evitando así que cuando se conecten los terminales de señal, los hilos de señal no lleven señales externas inducidas, como suele ocurrir en los conectores RCA (en los cuales hace contacto primero el terminal de señal y después el terminal externo conectado a masa y al blindaje del hilo de señal).

Los conectores XLR3 son también los habitualmente utilizados para la conexión de micrófonos balanceados que requieren una tensión de alimentación para funcionar, y que es suministrada mediante la alimentación phantom, descrita anteriormente. En esta alimentación, el positivo de alimentación se envía sobre los dos hilos de señal (terminales 2 y 3 del conector), mientras que el negativo se conecta al hilo de masa y/o al conductor de apantallamiento de los hilos de señal (terminal 1 del conector).

El uso y disposición de los terminales de los conectores XLR3 para aplicaciones de audio balanceado está descrito en el estándard RS-297-A de la EIA. El terminal 1 siempre es el de masa, el terminal 2 es la entrada no invertida (entrada caliente o "hot") y el terminal 3 es la entrada invertida (entrada fría o "cold"). Algunos fabricantes de equipos de audio de equipos de audio intercambian las funciones de los terminales 2 y 3, debido a que así los empleaban antes de la implantación del estándard RS-297-A.

MICRÓFONOS DE CINTA

Los micrófonos de cinta, también llamados micrófonos de velocidad, son un tipo de micrófono electrodinámico de gradiente de presión. Por eso, en cuanto a su directividad, los micrófonos de cinta, por lo general, son bidireccionales, aunque existen algunos modelos unidireccionales.

La membrana del micrófono de cinta es una cinta metálica corrugada (una tira larga y fina de metal conductor y magnétizable plegada en zig-zag), que está tensada por dos abrazaderas. Los polos de un potente imán permanente inducen magnetismo en la cinta. Cuando la presión ejercida por las ondas sonoras hacen que la cinta vibre con éstas (se mueva vibrando hacia adelante y hacia atrás), las fluctuaciones del campo magnético generadas por la vibración de la cinta autoinducen en ésta una tensión de salida (entre los extremos de la cinta) proporcional a la intensidad de la onda sonora incidente.

La flexibilidad de la cinta proporciona una frecuencia de resonancia mecánica situada en la banda de las bajas frecuencias, generalmente, en torno a los 40 Hz.

La respuesta en frecuencia del micrófono de cinta es uniforme, pero limitada, usualmente va de los 40 a los 14.000 Hz. Además esta respuesta en frecuencia se vuelve irregular cuando la captación de sonido se produce de forma oblicua a la cinta. Para estos micrófonos, por debajo de los 40 Hz la respuesta en frecuencia cae rápidamente, mientras que por encima, la inercia de la cinta hace que se produzca una atenuación muy fuerte por encima de los 14 kHz. Por tanto, no es aconsejable utilizarlos cuando se trate de fuentes de sonido próximas que produzcan gran presión sonora tales como bombos, baterías etc. En esos casos es mejor utilizar un micrófono de bobina móvil. El uso de los micrófonos de cinta en los estudios de grabación suele ser para la captura de sonido de instrumentos “cálidos”.

Para mejorar la respuesta en alta frecuencia, muchos fabricantes utilizan la doble cinta. Son cintas de la mitad de longitud que las convencionales, montadas una sobre otra y conectadas en serie. Con esto, la cinta presenta la mitad de inercia y mejora la respuesta ante las frecuencias agudas (más altas).

Habitualmente, éstos micrófonos son sensibles a los golpes y a las vibraciones. La señal que generan es unos 20 dB menor que para un micrófono de condensador, por esta razón requieren de una preamplificación de mayor ganancia para obtener una buena señal de audio.

El estándar de impedancia de salida en los micrófonos de cinta profesionales, como en los micrófonos de bobina móvil, se sitúa en 200 ohmios. Éste es un valor lo suficientemente bajo como para permitir largas tiradas de cable de conexión al micrófono. Para largas tiradas de cable no se deben utilizar impedancias altas, debido a la pérdida de agudos que se producirían de hacerlo.

Los micrófonos de cinta son muy utilizados en los estudios de grabación, porque ofrecen gran calidad. No obstante, presentan grandes inconvenientos. Aunque son grandes, robustos y pesados, son muy sensibles a las vibraciones producidas por su manipulación, lo que desaconseja su uso como micrófonos de mano. Normalmente, sólo se utilizan para la toma de sonido estático y se sitúan anclados a un pedestal o colgados del techo. El uso de micrófonos de cinta en exteriores se desancoseja, porque son muy sensibles al ruido provocado por el viento y además saturan si el sonido es muy alto o están muy cercanos a la fuente sonora. A pesar de lo dicho, cuando se graba música en estudio (donde el peso de sus inconvenientes es mínimo) los micrófonos de cinta son elegidos por su gran calidad.

En la década de 1920, los doctores Walter H. Scholtky y Erwin Gerlach, diseñaron el primer micrófono de cinta. Después, fue refinado y lanzado al mercado gracias al Dr. Harry E. Olson de la compañía RCA. El micrófono fue conocido como el PB-31 producido en el año 1931 y sustituido por el 44A en 1932. La época dorada de los micrófonos de cinta fueron los años 1950's, pero debido a que es un micrófono muy delicado, fue perdiendo popularidad.

En 1997 el Señor David Royer, diseñó el micrófono R-121 y con él en 1998 inauguró los Laboratorios Royer, empresa hoy día líder en micrófonos de cinta. Debido a los excelentes resultados de diseño de los micrófonos R-121 y SF-12, actualmente los transductores de cinta son bien acogidos en los estudios de grabación.

LOS MICRÓFONOS DE CARBÓN

El micrófono de carbón fue inventado por David Edward Hughes en 1878, dos años después de la invención del teléfono por Alexander Graham Bell, basándose en el mismo principio del micrófono líquido de Graham Bell (tal como se explicó en la introducción histórica), siendo perfeccionado y patentado por el gran inventor norteamericano Thomas Alva Edison en 1886.

Se trata de un micrófono de zona de presión donde el carbón que lo constituye, en forma de gránulos de antracita o grafito sueltos, está contenido en una cápsula o cazoleta cerrada. Aunque el carbón que se emplea es muy conductor, el micrófono presenta una resistencia óhmica al paso de las corrientes eléctricas que depende del área de contacto entre las distintas partículas de carbón vecinas (y por tanto, de lo cohexionadas que estén).

Las ondas sonoras, al ser transmitidas sobre esta cazoleta, hacen variar el grado de cohexión de las partículas de carbón (varía el área de contacto entre partículas vecinas), y con ello la resistencia global del micrófono. Si es atravesado por una corriente continua, se producirán variaciones de la corriente que lo atraviesa, que son reflejo de las variaciones de presión de las ondas sonoras incidentes.

FUNCIONAMIENTO

Para ello los micrófonos de carbón disponen de unas membranas metálicas pero flexibles en su interior que vibran con el sonido. Las membranas transmiten las ondas sonoras captadas, que las hacen vibrar, a las finísimas partículas de carbón de la cazoleta del micrófono.

La variación de la presión de la membrana flexible o diafragma aplicada sobre el conjunto de estas partículas situadas entre dos terminales fijos en la cazoleta hace que varíe la resistencia del micrófono al variar el grado de cohexión de las partículas de carbón con las variaciones de presión transmitida por la membrana captora.

Aprovechando esta variación de la resistencia en un circuito, podemos obtener una señal eléctrica que reproduce el sonido. Para eso, el micrófono ha de ser atravesado por una corriente continua, la cual será modulada por las variaciones de resistencia del micrófono que se producen al hablar delante de él. Estas variaciones de intensidad de la corriente que lo atraviesa representan a las ondas sonoras captadas por la membrana del micrófono.

Su resistencia óhmica instantánea suele variar entre unos 50 ohmios a unos 600 ohmios, dependiendo de la intensidad del sonido (y del modelo de micrófono).

USO DEL MICRÓFONO DE CARBÓN

Este tipo de micrófonos ha sido muy utilizados en telefonía, porque su respuesta en frecuencia, óptima entre 200 y 3.000 Hz, es ideal para captar la voz humana. No obstante, quitando las aplicaciones en telefonía y áreas similares (porteros automáticos, etc), son unos micrófonos muy poco utilizados en otros ámbitos porque tienden a generar bastante ruido de fondo (ruidos tipo fritura o “silbante”) y su respuesta en frecuencia es irregular y limitada. No son, en absoluto, recomendables para la radiodifusión, ni mucho menos para aplicaciones musicales, si bien hubieron algunos desarrollos de alto rendimiento y mayor calidad, como el modelo 33N de Shure, presentado en 1932 y que constaba de dos botones de carbón.

Las ventajas que tiene el micrófono de carbón son su gran sensibilidad, su baja impedancia, su bajo precio (ya que su fabricación no era costosa) y su robustez.

CARACTERÍSTICAS

La característica amplificadora de los micrófonos de carbón fue empleada en los primeros años de la telefonía, antes de la aparición de las primeras lámparas electrónicas que permitieron constituir los primeros amplificadores electrónicos. La construcción de repetidores telefónicos que posibilitaron realizar llamadas a largas distancias, se realizaba acoplando mecánica y acústicamente un receptor telefónico a un micrófono de carbón: las débiles señales sonoras que el receptor reproducía eran transferidas al micrófono de carbón, generando éste importantes variaciones de señal eléctrica sobre el siguiente tramo de la línea telefónica al que estaba conectado el micrófono.

Un problema que presentan estos micrófonos a lo largo del tiempo es que son muy higroscópicos, es decir, que absorben la humedad del ambiente cambiando las características del polvo de carbón, reduciéndose la sensibilidad y la respuesta en frecuencias.

También presentan el problema del "apelmazamiento" de los gránulos de carbón con el tiempo: Los granos de carbón tienden a unirse, formando gránulos de mayor tamaño, que alteran mucho la sensibilidad del micrófono, haciéndolos más "sordos". Muchas veces, dándole unos golpes al micrófono, los granos apelmazados se suelen liberar, recuperando el micrófono toda o gran parte de su sensibilidad original.

SUSTITUCIÓN POR UN MICRÓFONO ELECTRETE

A continuación presentamos un circuito que adapta una cápsula electret para funcionar en lugar de un micrófono de carbón.

El circuito es extremadamente simple, como se puede ver, y consiste básicamente en un puente de diodos que fija la polaridad de la corriente que circula por el micrófono (esto evita tener que saber en que polaridad estaba el micrófono de carbón, o que la polaridad de la alimentación pueda variar, algo que sí puede ocurrir en el caso de las líneas telefónicas), luego, un transistor NPN modula la corriente continua que circula por la línea en función al audio captado por la cápsula de electrete, y que es aplicado a la base del transistor. La resistencia de 1K al positivo de la cápsula polariza a la misma para que pueda funcionar (los micrófonos electretes también requieren de una corriente continua de polarización para funcionar). El condensador de 4,7 µF desacopla la tensión continua de polarización de la cápsula electrete, dejando pasar a la base del transistor sólo la componente de audio. En tanto el condensador de 100 µF amortigua la respuesta del transistor evitando cambios bruscos de nivel de sonido.

La forma de instalar este circuito es sumamente simple. Basta con conectar los dos bornes del circuito en los cables donde se hallaba la cápsula de carbón y listo.

Se puede ahorrar algo de espacio quitando el puente de diodos, pero en este caso habrá que prestar atención a la polaridad de la línea ya que de invertirla ni el transistor ni la cápsula de electrete trabajarán, y podrían incluso deteriorarse. Esto se puede hacer en circuitos de porteros electrónicos y circuitos electrónicos que empleen este tipo de micrófono, pero no es aconsejable quitar el puente de diodos si el circuito está destinado a reemplazar el micrófono de carbón de un teléfono antiguo, ya que éste se alimenta de la corriente continua que circula por la línea telefónica, y en muchos sistemas telefónicos actuales, la tensión de la línea telefónica puede sufrir cambios de polaridad durante su funcionamiento.

USO DE ALTAVOCES COMO MICRÓFONOS

En los micrófonos dinámicos o de bobina móvil, las vibraciones de una bobina móvil en el interior de un campo magnético (generado por un potente imán permanente) transmitidas por el diafragma del micrófono al captar señales sonoras, genera, por el fenómeno de inducción electromagnética, señales eléctricas en la bobina que representan a las ondas sonoras captadas.

Este fenómeno es reversible, por lo que si a la bobina de un micrófono dinámico se aplican señales eléctricas de audio, los campos magnéticos que generarán éstas en la bobina interaccionarán con el campo magnético del imán permanente, produciendo fuerzas mecánicas que hacen vibrar a la bobina al ritmo de las señales eléctricas de audio. Estas vibraciones se transmiten al diafragma (ya que es solidario con la bobina), y se transmiten al aire en forma de ondas sonoras.

Un micrófono dinámico, pues, puede reproducir señales de audio, aunque no están diseñados para este cometido. Los auriculares empleados en teléfonos y en otros dispositivos de reproducción de sonido de pequeña potencia no dejan de ser cápsulas similares a las de los micrófonos dinámicos, e incluso en algunos modelos de teléfonos, las cápsulas de micrófono y las de auricular son el mismo modelo (se pueden usar indistintamente como micrófono y como auriculares).

Los altavoces convencionales son los transductores encargados de transformar las señales eléctricas de audio en ondas sonoras, empleando el principio de conversión indicado: la interacción de los campos magnéticos variables creado por la bobina (al ser atravesada por las señales de audio) con respecto al campo fijo del imán. Esto produce fuerzas que son capaces de mover una estructura móvil cónica, también llamada diafragma, que transmite su movimiento, en forma de sonido, al aire. Funcionan, pues, de forma inversa a la de un micrófono dinámico.

Un altavoz convencional se compone de una araña (una pieza de tela con arrugas concéntricas) que se encarga de mantener centrado el cono junto a la suspensión. El imán y las piezas polares crean un circuito magnético, y es en el entrehierro donde se sitúa la bobina y donde los campos magnéticos generados por ésta interaccionan con el campo magnético fijo del imán.

Debido a la reversibilidad del proceso de funcionamiento del altavoz, si se aplican ondas sonoras al diafragma del altavoz, éste actuará similarmente a un micrófono dinámico: La vibración mecánica del diagragma se transmite a la bobina del altavoz, y ésta, al moverse en el interior del campo magnético creado por el imán permanente y las piezas polares, generará señales eléctricas de audio en la bobina.

Esto permite emplear un altavoz como micrófono dinámico, y de hecho ello se ha empleado en dispositivos de intercomunicación donde, para minimizar el número de componentes del circuito, se emplea el altavoz tanto como micrófono como altavoz. Es el caso de algunos intercomunicadores de audio por cable (tipo "portero electrónico") o en pequeños transmisores-receptores de radio (tipo walkie-talkies), en los cuales el altavoz se emplea alternativamente como altavoz o como micrófono (según el dispositivo de audio esté en posición de escucha o en posición de habla, respectivamente).

Pero hay que tener en cuenta una cosa: Las impedancias típicas de los altavoces son de valores bastante bajos, típicamente son usuales las impedancias de 4 y 8 ohmios, por lo que están muy apartadas de las impedancias típicas de los micrófonos dinámicos (60-600 ohmios típicamente). Los circuitos preamplificadores de señal a los que se conecte un altavoz para emplearlo como micrófono han de proporcionar una baja impedancia de entrada para que funcionen óptimamente.

El circuito mostrado a la derecha es un ejemplo de circuito preamplificador utilizado para emplear un altavoz como micrófono. El circuito está diseñado para funcionar con una tensión de alimentación de entre 6 y 12 voltios. El primer transistor es el corazón de este preamplificador: Usa una configuración de base común, lo que implica que adapta la impedancia del emisor, que es de bajo valor, a la impedancia del colector, de valor mucho más alto. El altavoz, por tanto, es conectado al lado del emisor del transistor, y la salida de señal se obtiene en el lado del colector, obteniéndose con esta configuración la adaptación de la baja impedancia del altavoz, y una buena ganancia en tensión.

La segunda etapa está acoplada directamente a la primera y opera en configuración de seguidor de emisor. Su ganancia es algo menor a la unidad, pero su impedancia de salida es baja, lo que permite conectar cables de señal largos en la salida.

Se pueden usar altavoces con conos de 1 a 3 pulgadas de diámetro (2,5 a 8 cm). La impedancia de los altavoces puede ser de 4 a 64 ohmios. El valor de la resistencia de emisor de 8,2 ohmios puede ser modificado para igualarlo a la impedancia del altavoz empleado. También se puede suprimir la resistencia de 8,2 ohmios y el condensador de 220 µF, y conectar el altavoz directamente entre el emisor del transistor y el negativo de alimentación, ahorrando dos componentes en el circuito.

En estas adaptaciones de altavoces como micrófonos la calidad del sonido que proporciona no es alta comparado con la calidad que proporciona un micrófono de condensador o un micrófono electrete, pero puede proporcionar resultados bastante aceptables para su uso en aplicaciones de voz. Debe tenerse en cuenta que un altavoz no ha sido diseñado para actuar como micrófono. Empleados como micrófonos, tienen una respuesta limitada en frecuencia (sobre todo están limitados en frecuencias altas), y tienen una sensibilidad baja. Por ello se emplean como micrófonos en aplicaciones donde su menor sensibilidad y menor calidad sonora no sea un inconveniente, como en intercomunicadores por hilo o walkie-talkies.

No obstante, se emplean altavoces de tamaño mediano (unos 30 cm de diámetro) en producción musical como micrófonos para captar frecuencias bajas (graves), a las cuales los micrófonos convencionales tienen una respuesta menor. El tamaño y la masa de la membrana diafragma de estos altavoces hace que la membrana responda bien a frecuencias bajas, y su sensibilidad sea baja a frecuencias más altas, por lo que altavoces de tamaño relativamente grande se emplean en producción musical como micrófonos para captar el sonido producido por tambores y otros instrumentos de percusión que generan frecuencias sonoras muy bajas.

ÍNDICE

MICRÓFONOS: CONCEPTOS BÁSICOS