micros ugr 2014
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Clase de micrófonos de medición, Noviembre 2014TRANSCRIPT
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
Micrófonos de Medida
• 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
Micrófonos de Medida
• 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
Micrófonos de Medida
• 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
Micrófonos de Medida
• 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
Micrófonos de Medida
• Dimensionales
Micrófonos de Medida
• Dimensionales
Micrófonos de Medida
• 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
Micrófonos de Medida
• Diagrama de funcionamiento
Micrófonos de Medida
• Micrófonos prepolarizados– Polímero cargado eléctricamente y aplicado en la
superficie de la placa posterior
Micrófonos de Medida
• 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
Micrófonos de Medida
• Ecualización de la Presión Estática
Micrófonos de Medida
• 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”
Micrófonos de Medida
• 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
Micrófonos de Medida
• 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
Micrófonos de Medida
• 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
Micrófonos de Medida
• 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
Micrófonos de Medida
860550/1
Micrófonos de Medida
860550/1
Micrófonos de Medida
¿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
Micrófonos de Medida
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