Fundamentos de tecnología de audio.

Funcionamiento del sonido.

Las ondas de sonido son vibraciones en el aire con dos características básicas: FRECUENCIA (que va desde los tonos más graves hasta los más agudos) y AMPLITUD , desde débil a fuerte. Juntas forman lo que se conoce como una onda sinoidal.

Dicha vibración se puede representar gráficamente como en la imagen de la izquierda. La amplitud de la onda se representaría con la altura: cuanto más alto más fuerte es la señal. La frecuencia puede representarse con el número de veces por segundo que la curva realiza el trayecto completo de abajo a arriba y de vuelta a abajo. A esto se le llama “ciclo” o hercio (Hz). Cuantos más ciclos por segundo, más alta es la frecuencia de la onda. El oído humano puede oír frecuencias que van desde los 20Hz, un tono muy grave, hasta aproximadamente 22.600Hz. La distancia entre las “cimas” de las ondas se llama longitud de onda , y se hace más pequeña a medida que la frecuencia aumenta.

Los micrófonos son sensibles a las vibraciones del sonido mediante determinados mecanismos y son capaces de transformarlas en una señal analógica consistente en cambios de voltaje (normalmente de +1voltio a -1voltio). En la grabación de audio analógica convencional, las ondas de sonido se registran en una cinta como cambios en los campos magnéticos de la misma.

Para realizar una grabación digital hay que realizar un paso previo que es la conversión Analógico -> Digital. Un convertidor denominado A/D mide la señal de sonido captada por el micrófono y la muestrea (o “escanea”) un determinado número de veces por segundo, cuantificando cada muestra numéricamente y grabando dicha cuantificación en formato digital. El formato más habitual es el D.A.T. (Digital Audio Tape), utilizado en los rodajes cinematográficos y en eventos como conciertos. También se puede grabar directamente en la cinta de video si utilizamos una cámara digital. Una de las muchas ventajas de los nuevos formatos de video digitales es su capacidad de grabación de audio PCM (Pulse Code Modulation). La grabación digital graba el sonido como ceros y unos, tras haber convertido las ondas en pulsos. La pista de sonido se graba en un tambor de grabación aparte del de vídeo.

Cuando más adelante se reproduzca este sonido se realizará el proceso inverso a través de un convertidor D/A. La calidad de la grabación digital dependerá de dos factores:

La cantidad de muestras por segundo: frecuencia de muestreo, que se mide en Hz (1000Hz igual a 1000 muestras por segundo).
El número de “bits” por muestra.

Cuanto mayor sean ambos valores mayor será la calidad.

En cualquier sonido se puede identificar una compleja mezcla de ondas senoidales. Sólo necesitamos dos muestras de la onda a su frecuencia más alta para poder reconstruirla más tarde. La frecuencia de muestreo, pues, debe ser lo suficientemente alta para asegurar al menos dos muestras a cualquier frecuencia del sonido original. Ya que el oído humano puede oír frecuencias desde los 20Hz a los 22.600Hz necesitaríamos una frecuencia de al menos 44.100Hz, o 44,1kHz. Esta es la frecuencia de muestreo utilizada por el estándar CDA que utilizan los CDs musicales. Para el DVD se ha incrementado hasta los 48kHz y en edición de sonido profesional es posible trabajar hasta con 96kHz.

Necesitaremos además que la cuantificación de cada una de las muestras sea lo más exacta posible. Un sistema de 32 bits será obviamente mejor que uno de 16bits o de 8 bits.

Fundamentos sobre micrófonos.

Un micrófono es un mecanismo sensible a las variaciones de las ondas sonoras en el aire, y capaz de convertirlas en señales eléctricas.

Un micrófono es un transductor acústico – mecánico – eléctrico. Esto significa que en el micrófono se realiza una doble transformación de energía. La primera transformación, acústico – mecánica, convierte las variaciones de presión de la onda sonora a las que la membrana (o diafragma) del micrófono están expuestas, en oscilaciones mecánicas. El segundo transductor, mecánico – eléctrico, convierte estas oscilaciones mecánicas en variaciones de tensión o corriente eléctrica (normalmente de +1voltio a -1voltio).

Los micrófonos poseen varias características que son las que nos van a definir sus posibilidades de uso en las diferentes situaciones que se nos presenten.

La sensibilidad nos indica la capacidad del micrófono para captar sonidos muy débiles (o de poca intensidad). Es la presión sonora que debemos ejercer sobre el diafragma para que nos proporcione una señal eléctrica y se mide a 1kHz y se expresa en milivoltios por Pascal (mV/Pa). Entre los más sensibles se encuentran los de condensador seguidos por los dinámicos y por último los de cinta. No es aconsejable el uso de micrófonos con una sensibilidad menor a 1mV/Pa.

La fidelidad nos indica la variación de la sensibilidad respecto de la frecuencia. Se mide para todo el espectro audible y así nos proporcionan sus curvas en frecuencia que informan de las desviaciones sobre la horizontal de 0 dB. Cuanto más lineal sea esta curva mayor fidelidad tendrá el micrófono.

La impedancia de salida es la resistencia que proporciona el micrófono a la salida del mismo. La baja impedancia (es la habitual) esta entre 200 y 600 ohmios a 1kHz. Hay que tener en cuenta que la impedancia de salida del micrófono tiene que ser la tercera parte como máximo de la del equipo a la que se conecta para evitar la perdida de señal y el incremento de ruidos de fondo. En Baja impedancia se podrán emplear cables largos mientras que en altas no, debido a que provocarían perdidas por efecto capacitivo.

La directividad señala la variación de la respuesta del micrófono dependiendo de la dirección de donde provenga la fuente sonora, es decir, muestra como varia la sensibilidad según de donde venga el sonido. La directividad se representa mediante diagramas polares. En estos se dibuja para distintos ángulos de incidencia del sonido respecto del micrófono (que esta en 0 grados).

Hay tres tipos de directibilidad fundamentales:

Los unidireccionales o cardioides solo recogen sonido frontalmente. Son los más empleados y son ideales cuando se tienen problemas de realimentación acústica.(Fig.1)

Los bidireccionales o en 8 tienen sensibilidad máxima para los sonidos que inciden frontalmente al diafragma, ya sea por cara anterior o posterior. Se emplean para entrevistas.(Fig.2)

Los omnidireccionales tienen sensibilidad máxima en los 360 grados alrededor del mismo. (Fig.3)

Micrófonos unidireccionales

Micrófonos bidireccionales

Micrófonos omnidireccionales

2.1. Clasificación de los micrófonos según el tipo de cápsula que usan:

La cápsula es el elemento del micrófono donde se realiza la transducción mecánico – eléctrica. Existen también micrófonos en los que es posible intercambiar dichas cápsulas para obtener una respuesta u otra.

Base de micrófono con cápsulas intercambiables de distintas respuestas direccionales

2.1.1 Según el tipo de cápsula que en que se da los micrófonos se pueden clasificar como sigue:

Micrófonos de resistencia variable: de carbón. Fueron los primeros en fabricarse. Baja calidad, usados en telefonía. Es un micrófono de presión con carbón en su interior a modo de resistencia conectada a dos terminales conductores. La presión acústica determina la compresión de las partículas de carbón que variará la resistencia existente entre los dos terminales eléctricos de la caja.

Micrófonos piezoeléctricos: de cristal o cerámica. La vibración del diafragma moverá un material mineral (sales de Rochélle, cuarzo) que debido a sus propiedades piezoeléctricas generará la señal eléctrica de salida del micrófono.

Micrófonos electrodinámicos: de bobina móvil o cinta. funcionamiento similar a los de carbón, pero este es sustituido por una bobina generadora de un campo magnético que vibra al vibrar el diafragma. Al moverse el campo magnético se genera una corriente eléctrica. Impedancia: 150 – 600 ohmios. Respuesta: 20 – 20000 Hz

Esquema de micrófono dinámico

Micrófono dinámico SENNHEISER E-845 Respuesta en frecuencia: 40Hz-16KHz Precio aprox.: 120 Euros.

Micrófonos de condensador: llevan una carga o alimentación eléctrica. En este tipo de micrófonos el movimiento mecánico que producen las ondas sonoras sobre el diafragma no se convierte directamente en señales eléctricas sino que dicho movimiento lo que hará será controlar un flujo de corriente producido por una batería asociada al micrófono. Por ello a este tipo de micrófonos se les llama también de potencia sonora.

Llevan dos placas, una fija y otra movil que hace de diafragma, se comportan como un condensador. El micrófono está conectado a una resistencia y a alimentación eléctrica a través de la conexión XLR (alimentación phantom). Las variaciones de presión acústica cambian la posición relativa entre ambas placas modificando la capacidad y generando una señal eléctrica.

Micrófono de condensador AKG C-1000. Alimentación por Phantom o pila interna. Precio aprox.: 300 Euros

Voltajes usuales de corriente continua: 12, 24, 48 V y pilas de 9 V.

Impedancia: muy alta, se le coloca un preamplificador-adaptador para una impedancia de 200 ohmios.

Respuesta: 20 – 20000 Hz

Sensibles a la humedad y temperatura. Excelente fidelidad.

Micrófonos electret: Similar al micrófono de condensador pero su placa fija es un polímero polarizado.

Alimentación: pila de 9 V

Impedancia: 1000 – 1500 ohmios

Respuesta: 50 – 15000 Hz

Menos sensible a la humedad y cambios de temperatura.

Micrófonos de cinta: Micrófono de gradiente de presión. El diafragma es una estrecha cinta de metal ondulada tendida entre los polos de un imán, las vibraciones del conductor dentro del campo magnético producen la señal eléctrica.

Son bidireccionales y en ocasiones unidireccionales.

Impedancia muy baja, necesitan de un transformador-elevador

2.1.2. Clasificando los micrófonos según como están construidos tendríamos los siguientes:

Micrófonos de bastón o de mano: con empuñadura para sostenerlos en la mano. Es el micrófono comúnmente utilizado en entrevistas. Existen de condensador y electrodinámicos.

Micrófonos de cañón: súper direccionales. El tipo de cápsula suele ser de condensador. El sonido que llega por los lados se cancela ya que el gradiente de presión es muy estrecho como para sensibilizar el diafragma. En cambio, si el sonido llega frontalmente sí se produce gradiente de presión.

Se utilizan en rodajes de exteriores y ambientes ruidosos.

Se les acopla una pantalla protectora del viento y una funda.

Micrófono de condensador cañón SHURE SM-89El tubo se denomina “tubo de interferencia”. Precio aprox.: 1140 Euros

Micrófono de condensador de cañón corto AKG C568 EB.Precio Aprox.: 530 Euros.

Micrófonos paraboloides: super direccionales. Son más sensibles a aquellas longitudes de onda menores al diámetro del reflector. Se consigue mayor direccionalidad si el micrófono es cardiode. Se utilizan en exteriores pero no en ambientes ruidosos.

Micrófonos de solapa o Lavalier: Poseen filtros para evitar las altas frecuencias producidas por el roce de los tejidos. Existen micrófonos Lavalier dinámicos en los que se puede modificar la posición de un “clip” para variar la respuesta de frecuencia.

Micrófono de solapa SONY ECM-44B
Precio aprox.: 250 euros

Micrófonos inalámbricos: Pueden ser de solapa (Lavalier) o de bastón (de mano). El de solapa está conectado por cable al emisor que se suele colocar en la cintura del locutor; el de bastón posee el emisor en su extremo. La señal se envía a un receptor por FM. Un mismo receptor puede trabajar con varios inalámbricos. En caso de utilizar varios receptores, estos se deben separar 10 metros entre sí para evitar interferencias. Poseen un control ACG (muting) que no recibe señal durante los silencios para evitar ruido.