Nunca está demás tener presente los conceptos que como ingenieros de audio se requieren. A continuación, un repaso conciso acerca de uno de los dispositivos esenciales en este quehacer: los micrófonos.
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1. Empecemos por la definición de micrófono
La enciclopedia británica lo define como un aparato para convertir energía acústica a energía eléctrica y que deberá tener esencialmente las mismas características de onda. Hay diversos tipos de micrófonos o transductores electroacústicos para lograr esta conversión, como los de carbón, cristal, dinámicos de bobina móvil ó listón y condensador o capacitor. Para los fines que buscamos en esta ocasión sólo trataremos básicamente con los dinámicos de bobina móvil, listón y capacitor.
2. Las propiedades más importantes de los micrófonos
Enumeremos los conceptos básicos que necesitamos saber con respecto a los micrófonos: sensibilidad, rango y respuesta en frecuencia y direccionalidad. A continuación describiremos brevemente cada una de estas características:
• Sensibilidad
Cualquier conversión de energía, incluyendo la de energía de sonido a eléctrica, implica la generación de ruido no deseado. Para que podamos mantener ese ruido inaudible, el nivel eléctrico propio del transductor deberá ser suficientemente bajo, comparado con el nivel del sonido que nos es útil. Esto significa que, dada una presión sonora, este micrófono deberá producir un voltaje alto. La sensibilidad es definida entonces como un nivel de voltaje alterno medido en milivolts a la salida del micrófono, siendo éste colocado en un campo sonoro a una presión de 1 micro bar.
• Rango y respuesta en frecuencia
Como sabemos, el rango de escucha de un ser humano es de los 20 a los 20,000 Hz en promedio, dependiendo de la edad del individuo. Ya que los sonidos naturales exhiben poca potencia en las frecuencias graves, normalmente son ruidos no deseados. Un rango de frecuencia útil y deseado en los micrófonos será de los 50 a los 15 000 Hz.
Dado este rango, cualquier sonido deberá crear un voltaje eléctrico como relación directa de la presión sonora pero independiente de la frecuencia. La relación de estas dos variables deberá ser constante en todas las frecuencias de la mejor manera posible, y es así como obtendremos la llamada Curva de Respuesta en Frecuencia, la que idealmente, en el caso de fidelidad absoluta, deberá representarse como una línea horizontal perfectamente recta.
• Direccionalidad
En la grabación o sonorización, frecuentemente ocurre que aparte del sonido que queremos recoger, existen otros sonidos que no nos interesan y que no deberían de ser recogidos por el micrófono, como por ejemplo el ruido del público, instrumentos adyacentes y demás. Así también, las ondas sonoras son repetidamente reflejadas por paredes, piso y mobiliario, entre otros, produciendo reflexiones primarias y reverberación. El micrófono deberá ser capaz de rechazar en cierto grado el exceso de estas perturbaciones sonoras y en el caso de sonorización, también nos encontramos con que los micrófonos deberán rechazar el sonido amplificado por las bocinas y monitores de escenario, evitando la realimentación o feedback.
Las propiedades mencionadas anteriormente son aparentes cuando los micrófonos utilizados son simples y cuya sensibilidad es independiente de la dirección de la incidencia del sonido, o sea, la característica omnidireccional. Para tratar efectivamente con esas desventajas, existen otros patrones de captación que favorecerán la dirección del sonido requerida. Los micrófonos de este tipo son llamados direccionales y básicamente son dos tipos: de patrón cardioide y de patrón bidireccional o figura de 8 y los patrones intermedios, que son el hipercardioide y el supercardioide.
La direccionalidad del micrófono es definida como la diferencia en sensibilidad entre las direcciones de máxima y mínima sensibilidad (siendo para los cardioides 180 grados, para los bidireccionales 90 y para los supercardioides aproximadamente 135). El logaritmo de esta relación es expresado en decibeles y es llamado el factor de direccionalidad. Un buen micrófono tendrá un factor de 10:1 o 20 dB.
Idealmente, este patrón de captación deberá ser independiente de la frecuencia, pero desafortunadamente esto en la vida real no sucede, sino que los sonidos captados por las partes de mínima sensibilidad colorean o distorsionan el sonido original.
3. Tipos de micrófonos
Existen básicamente dos grupos de micrófonos por su diseño y construcción, siendo estos los dinámicos y los de capacitor o condensador.
3.1 Los dinámicos se dividen en los de bobina móvil y los de listón.
La operación teórica en los micrófonos de bobina móvil es el principio de inducción magnética. Si un conductor es movido dentro de un campo magnético, un voltaje será inducido a través del conductor. Como ejemplo simple, éste consiste en una bobina de alambre muy delgado, suspendida de una apertura magnética. La bobina es fijada a un diafragma en forma de domo, el cual actúa como receptor de las ondas sonoras.
Por otra parte, los micrófonos de listón también actúan bajo el principio de inducción magnética. Un listón corrugado, suspendido dentro de un campo magnético, proporciona un voltaje mientras se mueve en respuesta a las ondas sonoras. Normalmente se utiliza un transformador que incremente el voltaje de salida a otro más fácil de manejar. También se les conoce como micrófonos de velocidad, debido a que responden a la velocidad de las partículas de aire como resultado del gradiente de presión entre los dos lados del listón.
3.2. Micrófonos de capacitor
3.2.1. En un micrófono de este tipo, la cápsula está conformada por un capacitor. Una de las placas de éste es fija, mientras que la otra es movible. Cuando las ondas sonoras chocan con esta placa o diafragma, lo mueven para adelante y para atrás. La variación resultante en capacitancia, nos da una variación en el voltaje a la salida. Requieren de una fuente de voltaje externa para su funcionamiento tanto para polarizar al capacitor, como para alimentar al amplificador.
3.2.2. Micrófonos de capacitor de radiofrecuencia (RF)
Éste es otro tipo de micrófonos de capacitor, los cuales operan bajo el principio de RF, sin voltaje polarizador. En este diseño, el capacitor es parte de un circuito entonado. Las minúsculas variaciones de capacitancia alteran este circuito, produciendo una señal de frecuencia modulada de igual manera que la radiodifusión de FM.
4.Patrones polares
El patrón polar nos muestra de forma gráfica la direccionalidad del micrófono. Saber interpretar estas gráficas es muy conveniente para que, con sólo un vistazo a la hoja de características técnicas, nos anticipemos al resultado acústico que obtendremos.
¿Cómo se obtiene la direccionalidad?
4.1. Omnidireccionales
Si sólo un lado del diafragma es expuesto al campo sonoro mientras que el otro está sellado contra el medio ambiente, el diafragma será movido por presión sonora únicamente. Esta presión sonora es una cantidad no direccional, lo que significa que el micrófono es no direccional u omnidireccional. En la realidad, existe cierta direccionalidad en altas frecuencias por la interferencia de la misma cápsula y cuerpo del micrófono principalmente.
4.2. Bidireccionales
Si estuvieran abiertos el frente y la parte posterior del micrófono, quedando expuestos ambos al campo sonoro, la fuerza moviendo el diafragma se afecta por la diferencia de presión o gradiente de presión, del frente a la parte posterior. La magnitud de la fuerza de movimiento es función de la distancia entre los puertos de acceso frontales y traseros, la frecuencia y el ángulo de incidencia.
El ejemplo más simple de un transductor de gradiente de presión será un diafragma que igualmente esté expuesto al campo sonoro por ambos lados. Si este sistema recibe un sonido a los 90 grados, entonces la presión que llega al frente y al posterior de la cápsula será igual, de manera que la diferencia de presión será cero y el diafragma se quedará en su posición de reposo, sin generar un voltaje a la salida. Esta estructura tendrá un patrón bidireccional.
4.3. Cardioides
Al interponer un elemento inversor de fase que actúe como camino acústico entre la entrada del sonido por el puerto trasero y la parte posterior de la cápsula, entonces resultará un patrón de captación cardioide. Si el tiempo de transmisión que le lleva a la onda pasar este elemento es igual al tiempo que necesita para viajar de la entrada trasera a la parte delantera por fuera del micrófono, entonces las presiones al frente y en la parte posterior serán iguales, dando una incidencia del sonido a 180 grados, quedando el diafragma en su posición de reposo.
4.4. Supercardioides
En estos micrófonos se maximiza la captación frontal hasta 120 grados, comprometiendo un lóbulo trasero. La relación total del frente a la parte posterior será de 12 dB’s aproximadamente y su diseño es muy similar al micrófono cardioide.
4.5. Hipercardioides
En los micrófonos hipercardioides, el tubo con múltiples aperturas tiene la función principal de cancelar los sonidos que se originan fuera de su eje de captación. Si la fuente está directamente en el eje, la onda sonora avanza por el tubo y lo llena con sonido. El tubo muestra poca interferencia mientras que el sonido llega al diafragma. Sin embargo, si el sonido es recogido a una posición de 90 grados fuera del eje principal, las ondas sonoras entrarán por todas las aperturas del tubo al mismo tiempo. Mientras estas ondas viajan hacia el diafragma, se llegará a una condición fuera de fase y se cancelará un alto porcentaje del sonido recogido, especialmente a sonidos arriba de 400 Hz. Debajo de esta cantidad, la entrada o puerto trasero se encargará de cancelar estas frecuencias.
• Aplicación práctica de los patrones polares.
Cuando conjugamos la correcta interpretación de los patrones polares con las características propias de cada micrófono, nos permite decidir qué tipo y cuántos utilizar. Existen otros patrones intermedios aparte de los aquí mencionados. Cabe mencionar que un problema recurrente es el abuso al número seleccionado de micrófonos y es por esta tendencia que muchos problemas se originan.
Cuando dos micrófonos son combinados a una misma señal, cualquier diferencia de distancia a una fuente común resultará en la llamada respuesta de filtro peine de la fuente original. Esto es debido al arribo del sonido a diferente tiempo a cada transductor, causando una cancelación en diferentes frecuencias.
La suma de estos factores produce en nuestra grabación un resultado con timbres no naturales, ya que la respuesta de frecuencia se verá alterada y difusa por la suma de las diferencias de arribo de la señal en diferentes puntos, entre otras cosas.
Cuando nos vemos obligados a utilizar multi-microfoneo, tratemos de respetar la regla de la relación 3 a 1. Esta distancia es escogida debido a ser en donde la relación de pico a valle decrece en el efecto del problema de filtro de peine y en la práctica nos hemos dado cuenta de que esta relación es suficiente para minimizar el problema.
Hay que tener en mente que siempre debemos utilizar el menor número de micrófonos.
En la siguiente entrega continuaremos con otros dos tópicos esenciales en el conocimiento de micrófonos, no se la pierdan.
Agradezco al ingeniero Mintel Alonso su apoyo, dedicación y conocimiento en la realización de este artículo.
*Por Francisco Miranda
Francisco Miranda Kirchner se especializó en Grabación de Audio en el Instituto de Investigación de Audio en Nueva York. Trabajó en Discos Polygram como ingeniero y gerente de estudio de 1981 a 1991 y al mismo tiempo en Promovisión Mexicana en refuerzo de sonido de 1984 a 1986. Desde 1990 es dueño de Estudio 19, un reconocido centro de grabación y masterización en la Ciudad de México con una enorme lista de créditos. Ha recibido un Latin Grammy por la grabación “En Vivo” de Joan Sebastian en 2007, así como varios reconocimientos de parte de Audio Engineering Society, organización de la que ha sido un entusiasta miembro y del que tiene el estatus de Fellowship.
