Micros Ugr 2014

Micrófonos

Micrófonos de medida

Master Acústica UGR

Noviembre 2014

Jose Almagro

Transductor:

Dispositivo que transforma el efecto de una causa física, como la

presión, la temperatura, la dilatación, la humedad, etc., en otro

tipo de señal, normalmente eléctrica

En el caso de un micrófono, presión en temperatura

Instrumentación

P(t) V(t)

Función de transferencia

¿Quién inventó el micrófono?

¿Cuántos micrófonos hay en el aula?

Micrófonos:

•Primeros micrófonos:

•Invención del teléfono: Bell Labs? (Western Electric)

•Micrófonos de carbón (variación de resistencia)

•Piezoeléctricos

•Condensador

•Bobina móvil

•Cinta

Instrumentación

Micrófonos

Agradecimientos a Brüel & Kjaer

La mayoría de la información contenida en

esta presentación proviene de Brüel &

Kjaer o de DPA.

Patrones polares:

•Omnidireccional: 1

•Dipolar: cos (θ)

•Cardioide: 0.5+0.5 cos (θ)

•Supercardioide: 0.375+0.675 cos (θ)

•Hipercardioide: 0.25+0.75 cos (θ)

Instrumentación

INTERRUPCIÓN:SIMULACIÓN DE DIPOLO Y CARDIOIDE

DDT 2Dhttp://danleysoundlabs.eu/products/digital-tools

Usaremos el programa para conseguir un subwoofers dipolares

cardioides y discutiremos su eficacia, los pros y los contras.

Efecto de proximidad y variaciones de patrón:

Instrumentación

Comparación direccionales/omnidireccionales: (DPA)

Instrumentación

Comparación tamaño diafragma: (DPA)

Instrumentación

MicrófonosTodos los micrófonos de medición son omnidireccionales salvo casos extremos:

Figura de 8 (dipolo): Capacidad de eliminar

sonido directo de manera sencilla

Micrófono Binaural: Comportamiento como

el oído humano

Array “Soundfield”: Tetraedro de cardioides

¿Virtual

barbershop?

Micrófonos de medida:

•Diseño y construcción de micrófonos

•Parámetros relevantes

•Micrófonos especiales

•Micrófonos y Campo acústico

•Características:

•Sensibilidad

•Respuesta en frecuencia

•Directividad

•Rango dinámico

•Estabilidad

Instrumentación

Micrófonos de Medida

• Parámetros de Campo Acústico

– Presión sonora y Nivel de Presión sonora

– Velocidad de Partícula y Nivel de Velocidad de Partícula

– Intensidad sonora y Nivel de Intensidad


• Campo Acústico

– Campo de Presión– Se caracteriza por ser un espacio en el que la presión sonora tiene la

misma magnitud y fase en todo él

– Campo Libre– Se caracteriza por la libre propagación de ondas sonoras en un medio

continuo y sin obstáculos. – ondas propagándose en una dirección y sentido definido-

– Campo Aleatorio (Difuso)– Se caracteriza por la presencia simultanea en un determinado espacio

de ondas acústicas procedentes de todas las direcciones con igual probabilidad y amplitud


• Requerimientos

– Cada área de aplicación requiere de micrófonos específicos: Telecomunicaciones, Radio y Televisión, Música, Metrología, etc.

– Diseñados de acuerdo a la aplicación, según distintos principios de transducción: Presión, Gradiente de presión, etc.

– Micrófonos de medida: son sensibles a la presión sonora


• Requerimientos

– Calidad acústica y eléctrica– Rango en frecuencia y respuesta plana

– Rango dinámico amplio y lineal

– Bajo ruido de fondo

– Baja distorsión

– Influencia medioambiental– Escasa influencia de la: temperatura, humedad y presión atmosférica

– Escasa influencia de la: vibración, campos magnéticos y electromagnéticos

– Robustez mecánica

– Resistencia a agentes químicos y a la corrosión


• Dimensionales

– Diámetro de la membrana– 1”, ½”, ¼” y ⅛” (25.4mm,12.7mm, 6.35mm, 3.17 mm)

– Espesor de la membrana– 1,5 a 8 µm (Tol< 10%) (Lámina de aluminio 0.07mm =70 µm)

– Distancia entre placas– 20 µm (± 0,8 µm)

– Capacidad– 2 a 60 pF


• Dimensionales


• Dimensionales


• Construcción y materiales

– Membrana– Níquel o aleación de acero inoxidable

– Tensión mecánica alta y uniforme (600N/mm2)

– Cuerpo– Aleación de Níquel (Monel)

– Compensación de las deformaciones por temperatura

– Aislador– Zafiro, rubí o Cristal de cuarzo

– Pulido, plano y protegido con silicona (1017 Ω)

– Placa posterior– Aleación de Níquel

– Plana, pulida, Campo eléctrico 10kV/mm

Micrófonos de medida

• Diagrama de funcionamiento

Una vez cargado (polarizado) las variaciones de distancia provocan

variaciones de potencial eléctrico


• Diagrama de funcionamiento


• Micrófonos prepolarizados– Polímero cargado eléctricamente y aplicado en la

superficie de la placa posterior


• Diafragma o membrana– La sensibilidad es inversamente proporcional a la rigidez

– La rigidez está marcada por la tensión mecánica

– Mayor tensión Mayor rigidez Menor sensibilidad


• Ecualización de la Presión Estática


• Respuesta en alta frecuencia– No es posible diseñar un único micrófono con una respuesta apropiada

en alta frecuencia para los distintos tipos de campo acústico

– Rigidez, masa del diafragma y dimensiones determinan la respuesta

– El amortiguamiento a la frecuencia de resonancia está marcado por el comportamiento del volumen de aire existente entre la membrana y la placa posterior

– Amortiguamiento crítico (b, Q=1) micrófonos de presión

– Amortiguamiento alto (c, Q= 0,316) micrófonos de campo libre

– Amortiguamiento bajo (a, Q= 10) micrófonos de bajo ruido

1”1/2”

1/4”


• Sensibilidad– Expresada en Voltios por Pascal (V/Pa) o en dB referidos a 1V/Pa

– Referida a 250 ó 1000Hz

– Depende del campo acústico

– Micrófonos de condensador pueden variar de: 100µV a 1V por Pascal


• Capacidad eléctrica– Expresada en Faradios o pF

– Depende de la distancia entre la membrana y la placa posterior

– Desde 3pF hasta 80 pF dependiendo del tamaño (1/4” a 1”)

– Es un factor de estabilidad del micrófono


• Ruido de Fondo– En términos globales

oscila entre 10 y 40 dBAsegún tamaño del mic.

– Ruido térmico del diafragma y el aire encapsulado

Ojo, ruido de fondo 0 dB a 1 KHz pero 15 dBA en Banda ancha


• Distorsión

– Es proporcional al desplazamiento de la membrana

– Principalmente 2º y 3er armónico

Rango en frecuencia y Sensibildad

dB

1” 1/2”1/4” 1/8”

200

160

120

80

40

0

– 20

Rango dinámico de micrófonos

Micrófonos, rango medible

Frequency (Hz)

0.2 2 20 2k 20k 200k– 40

– 20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1 atm

= 100 kPa

= 194 dB

1 Pa

= 94 dB

So

un

d P

ress

ure

Le

vel

(dB

re

20

µ P

a

4145+ 2660

4191+2660

4939+2669

4145+ 2660

41

93

+U

C 0

21

1 +

26

69

4941 + 2670

4938 + 2670

4190 + 2669

41

38

+ 2

67

0

200

Audible Range

Características direccionales

90° 90°

90° 90°

0° 180° 0°

2 kHz

8 kHz

12 kHz

θ °θ °

180°

860558/1

Pantalla Antiviento


860550/1


860550/1


¿Calibración o comprobación?

1000 Hz 94 dB

250 Hz 124 dBZ

Calibración en campo:

•Pistófono

•Calibrador acústico

•Actuador electrostático

Calibración en laboratorio:

•Actuador electrostático

•Calibrador multifunción

•Reciprocidad

•Comparación

•Sustitución

Calibración acústica


Varios micrófonos “iguales”

Correciones individuales

TEDS: Transducer Electronic Data Sheet

Normas técnicas

Referencia

IEC

Referencia

EN

Referencia

UNE

Fecha de

publicación

IEC

Fecha de

publicación

EN

Fecha de

publicación

UNE

Fecha de

anulación

tiempo en

vigor

Comentarios Título

123 21323 1961 1974 1990 16 Sonómetros

179 1ª

edición

21314 1965 1972 1990 18 Precision sound level

meters

179 2ª

edición

1973 1990 Reduce las

tolerancias en baja

frecuencia

Precision sound level

meters

651 20464 1979 1990 1996 6

60651 60651 1979 1994 1996 2002 6

60651/A1 60651/A1 60651/A1 1993 1994 1997 2002

60651/A2 60651/A2 60651/A2 2000 2001 2003 2002

804 20493 1985 1993 1996 3 Integrating- averaging

sound level meter

60804 60804 60804 1985 1994 1996 2002 6

60804/A2 60804/A2 60804/A2 1993 1994 1997

60804 60804 60804 2000 2000 2002

61672-1 61672-1 2002 2005 NWIP 1988 Combinación de la

651 y la 804. Solo

clase 1 y 2

Sound level meters-

Specifications

61672-2 61672-2 2003 2005 Descripción de los

ensayos de

evaluación de

sonómetros

Sound level meters -

Pattern evaluation tests

61672-3 2006 Descripción de los

ensayos periódicos

Sound level meters-

periodical tests

Instrumentación específica:

•Analizadores espectrales

•CPB y FFT

•Dosímetros

•Monitores

•Calibradores

•Generadores de señal:

•Senoidal

•Ruido rosa y blanco

•Ruido impulsivo

•Software

Instrumentación

Documents

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