CÓMO FUNCIONA UN MICRÓFONO DE CONDENSADOR
Parte 1: ¿Qué es un condensador y qué hace en mi micrófono?
Por Paul J. Stamler
Los micrófonos de condensador son bastante omnipresentes en los estudios de grabación. Joseph Maxfield y Henry Harrison patentaron por primera vez el sistema de grabación de Western Electric que fue adoptado por los sellos discográficos más importantesyespecificaron que se debería usar un micrófono de condensador. El primer micrófono de condensador práctico había sido patentado por Edward Wente nueve años antes, quientambién trabajó para Western Electric.
Más importante aún, el micrófono de Wente era bueno y permitía realizar algunas grabaciones notables. Más tarde, Georg Neumann construiría incluso mejores cápsulas de condensador, y se incorporarían a micrófonos tan legendarios como el U 47.
¿Cómo funciona un micrófono de condensador?
La mayoría de los ingenieros de grabación no piensan en el funcionamiento de los micrófonos de condensador, pero creo que es útil comprender cómo las herramientas de nuestro comercio hacen su trabajo.
En la Parte 1 de esta serie, quiero hablar sobre cómo funcionan realmente las cápsulas en los micrófonos de condensador. En la Parte 2, veremos por qué los micrófonos de condensador siempre necesitan tener amplificadores de cabeza incorporados en el cuerpo del micrófono, y en la Parte 3, analizaremos esos micrófonos que no necesitan amplificadores de cabeza: los dinámicos y los de cinta.
Soldados y sargentos
Para entender lo que está pasando en la cápsula de un micrófono de condensador, debo comenzar con un breve desvío hacia la teoría eléctrica, porque necesito hablar sobre el voltaje y la corriente. No se asuste…no habrá ningún cálculo ni números imaginarios, y prometo que no habrá una prueba.
A veces es difícil establecerla diferencia entre el voltaje y la corriente, pero aquí hay una metáfora que me ha resultado útil. (La metáfora común involucra el agua que fluye en una tubería, pero creo que la mía es más divertida).
Imaginaa un sargento de instrucción a cargo de una compañía de soldados al lado de una carretera; el sargento necesita que los soldados marchen por la carretera para pasar por una parada de revisión. Si el sargento es educado y comedido, y les dice a los soldados: “Disculpe, pero, señores y señoras, ¿pueden marchar por este camino?”, Probablemente marcharán, pero sin ningún sentido particular de urgencia, y no muchos de ellos pasarán el puesto de revisión en un intervalo dado.
Sin embargo, si el sargento de instrucción le grita a los soldados: “Bien, imbéciles,¡lleven sus patéticos cuerpospor ese camino ahora o le haré desear que nunca hubieran nacido! ¡Adelante, marchen! ”, Sospecho que se moverán rápidamente, y muchos de ellos pasarán el puesto de revisión cada segundo. Si tienesinclinaciones matemáticas, podría decir que el número de soldados que pasan en revisión es directamente proporcional a la agresividaddel sargento.
Pero hay otro factor que afecta a los soldados: la condición de la carretera. Si el pavimento es ancho y liso, ofrece poca resistencia a los soldados que avanzan por él. Si, por otro lado, el camino es estrecho y lleno de baches y rocas, es difícil marchar; podríamos decir que la cantidad de soldados que pasan en revisión es inversamente proporcional a la resistencia de la carretera, ya sea porque es estrecha o es áspera.¿Qué tiene esto que ver con cómo funciona un micrófono de condensador?
Figura 1
En los micrófonos
La presión que el sargento ejerce sobre los soldados a través de la agresióncalculada es equivalente a la tensión que empuja las cargas a través de una resistencia; la dificultad que el camino ofrece a los soldados es el equivalente a la resistencia por la que el voltaje está empujando la carga, y el número de soldados que pasan la plataforma de revisión por segundo es equivalente al número de cargas que fluyen a través de la resistencia por segundo.
Lo último es la corriente, que se mide en amperios, abreviada A; un amperio corresponde a aproximadamente 6.4 quintillones de cargas que fluyen por segundo (eso es un montón de soldados). El símbolo para la corriente es I. El voltaje se mide en voltios y se abrevia V; la resistencia (abreviado R) se mide en ohmios, el símbolo para ellos esΩ. Siempre que hay una diferencia en el voltaje entre los dos extremos de una resistencia (una diferencia de voltaje como esta a veces se llama caída de voltaje), se dice convencionalmente que la corriente fluirá desde el punto de voltaje más positivo hasta el punto de voltaje menos positivo (como se muestra en la Figura 1); La flecha muestra la dirección del flujo de corriente.
Figura 2
Cuánta corriente
Cuando hablábamos de soldados, dije que el flujo de soldados era directamente proporcional a la agresividaddel sargento e inversamente proporcional a la resistencia de la carretera. Para volver al mundo no metafórico, eso es cierto enla corriente, el voltaje y la resistencia.Todo esto se resume en la ecuación más famosa de la ciencia eléctrica, llamada Ley de Ohm.
Una forma común de expresar la Ley de Ohm es decir: la corriente es el voltaje dividido por la resistencia, o, usando las abreviaturas:
I = V/R
También puedes ponerloal revés y decir que cuando la corriente fluye a través de una resistencia, se desarrolla una diferencia de voltaje entre sus dos extremos. La manera de decir de la Ley de Ohm es que:
V = I x R
Recuerda esto pues lo vamos a utilizar, pero ahora vamos a hablar de condensadores.
¿Qué es un condensador? El principio…
Cuando estabas enla clase de ciencias de la escuela primaria, ¿el profesor alguna vez habló de un frasco de Leyden? Un frasco de Leyden era un artilugio del siglo XVIII (uno de sus inventores era de Leyden en los Países Bajos, de ahí su nombre). La figura 2 muestra un tarro de Leyden.Su característica más destacada era que incluía dos hojas de lámina de metal separadas por un aislante, en este caso vidrio. (El aislador también se llama dieléctrico). El recipiente de Leyden podría almacenar carga eléctrica.Si frotarasuna varilla de vidrio con un paño de seda, se cargaría eléctricamente y podríasguardar esa carga en un frasco de Leyden. Más tarde, podríasregresar para encontrar que el tarro de Leyden todavía estaba cargado, y podría descargarlo conectando las dos láminas con un cable, lo que haceque una chispa saltara. Este pedacito de tonterías divirtió las clases educadas sin fin.Y nuevamente, cómo se relaciona esto con cómo funciona un micrófono de condensador…
Figura 3
El inicio del condensador
Un frasco de Leyden es un ejemplo temprano de un dispositivo llamado condensador. La palabra “condensador” ha quedado casi completamente fuera de uso común, excepto cuando se hace referencia a micrófonos.En Europa, estos micrófonos a veces se llaman micrófonos de condensador. (En alemán, la lenguade Georg Neumann, la palabra es Kondensator, y un Kondensatormikrofon ha sido un Kondensatormikrofon durante casi un siglo).
Independientemente delnombre, este dispositivo almacena carga eléctrica.La cantidad de carga que puede almacenar está determinada por su capacitancia, que se mide en faradios. Un faradio es en realidad una gran cantidad de capacitancia.Los condensadores que se pueden comprar en Radio Shack se miden en microfaradios (µF), nanofaradios (nF) y picofaradios (pF), correspondientes a millonésimas, millonésimas y trillonésimas de un faradio respectivamente.
A principios del siglo XX, los inventores (incluido el Sr. Wente) construyeron cápsulas para micrófonos que aprovecharon una característica importante de los condensadores: a medida que las láminas del condensador se acercan, la capacidad se hace más grande.
Figura 4
Cápsulas y condensadores
Daleun vistazo a la Figura 3, que muestra una cápsula de micrófono de condensador típica. El cuerpo de la cápsula (o placa posterior) constituye una placa del capacitor, mientras que el diafragma de metal delgado es la otra placa. (En los micrófonos modernos, el diafragma es más probablemente una lámina delgada de plástico; la parte frontal está recubierta con metal para que pueda actuar como una placa de condensadores). A medida que el diafragma se mueve hacia adentro y hacia afuera en respuesta al sonido en el aire, la capacitancia cambia.
Esto es lo que pasa. Primero, recuerdaque el sonido consiste en ondas de compresión de aire, intercaladas con ondas de descompresión (o rarefacción). El terminal “+” de una batería (u otra fuente de CC, como una fuente de alimentación) está conectado a una resistencia grande. (En los primeros micrófonos de condensador, esto solía ser de 100 millones de ohmios, abreviado 100 MΩo, a veces, solo 100M; en los micrófonos modernos, podría ser un billón de ohmios, ó1 GΩ).
El otro lado
El otro extremo de la resistencia está conectado a su vez a una placa del condensador; la otra placa está conectada al terminal “-” de la batería. La Figura 4 muestra cómo se ve este circuito y qué sucede en el momento en que se conecta la fuente de alimentación/batería. La carga fluye desde la batería a través de la resistencia para llenar el condensador.
Cuando el capacitor está lleno de carga, el circuito alcanza un estado de equilibrio (Figura 5). Nada se mueve; todo está en calma.Luego, la región de compresión de aire de una onda de sonido hace que el diafragma se mueva hacia adentro; esto aumenta la capacitancia de la cápsula. Debido a que el capacitor ahora tiene más capacidad, tiene espacio para más cargas y se apresuran rápidamente (Figura 6).
Imaginemos que la cantidad de rush actual es 1nA, que es 10-9A. (No lo es; es mucho más pequeño. Pero es mucho más fácil ver lo que sucede si usamos un número alto ficticio).
Figura 5
Recuerda, cuando hablábamos de la ley de Ohm, dijimos que si conocíasla corriente y la resistencia en un circuito, podríascalcular la diferencia de voltaje que se produciría a través de la resistencia:
V = I x R
= 10-9A x 100,000,000Ω
= 0.1V
¿0.1V con respecto a qué? La parte superior de la resistencia está conectada al terminal positivo de la batería, que diremos que está a + 40 V con respecto a tierra. (El pequeño doodad triangular en la parte inferior de la imagen representa el suelo, que se define como estar a 0V.) Sabemos que la corriente fluye desde un punto más positivo a un punto menos positivo, por lo que la parte inferior de la resistencia debe ser menos positiva a + 40 V, y solo calculamos que la diferencia de voltaje será de 0.1V, por lo que el extremo inferior de la resistencia está a + 39.9 V. Aquí está la cadena de eventos:
La presión del aire empuja el diafragma hacia adentro.
La capacidad de la cápsula aumenta.
Tensión en el punto dela resistenciabaja.
Figura 6
Presión de aire disminuida
¿Qué sucede cuando la presión de aire disminuida momentáneamente del segmento de rarefacción de la onda de sonido tira del diafragma de la cápsula hacia afuera? Ahora la cápsula tiene menos capacitancia y tendrá menos carga, por lo que se invierte la secuencia de eventos que se muestra arriba. A medida que la carga se sale, la diferencia de voltaje ahora funciona en la otra dirección, y el voltaje en la parte inferior de la resistencia ahora aumenta, a + 40.1 V (Figura 7). La secuencia de eventos ahora se convierte en:
La presión del aire tira del diafragma hacia afuera.
La capacitancia de la cápsula disminuye.
El voltaje en el punto donde la resistencia se encuentra con la cápsula aumenta.
Figura 7
El diafragma
A medida que el diafragma se mueve hacia adentro y hacia afuera en respuesta al sonido, la tensión en el punto donde la cápsula se encuentra con la resistencia sube y baja (Figura 8).Si es un buen micrófono, la tensión eléctrica producida por la cápsula corresponderá bastante bien a los cambios de presión en el diafragma. (La polaridad será incorrecta, pero eso se puede arreglar más adelante en el circuito).
Así es como una cápsula de micrófono de condensador trabaja para traducir las variaciones en la presión del aire (sonido) en las variaciones correspondientes en el voltaje eléctrico (señal de audio). Decimos que el micrófono se está comportando como un transductor, es decir, está convirtiendo un tipo de señal variable (sonido) a otro tipo (eléctrico).
Desafortunadamente, una cápsula de micrófono de condensador desnudo no sería muy buena en el mundo real.Para poder usarse, la cápsula debe estar conectada a un amplificador principal. ¿Por qué? Lo discutiremos la próxima vez.
Inspiración
El artista se inspiró y lo capturamostodo. Sí, nos quedamos sin espacio en el disco duro de un VS-880, así como queríamos agregarle aplausosa una canción, pero dejamos espacio para ellos borrando algunas tomas de micrófono de habitación en otra canción que consideramos innecesaria para esa pieza. En agudo contraste con nuestras últimas sesiones de grabación en la iglesia, fuimos bendecidos con una experiencia mucho menos ardua en el sentido técnico, que en última instancia produjo un montón de tomas vocales realmente buenas.
Figura 8
De regreso al principio
Después de regresar de las sesiones de la iglesia, el siguiente trabajo fue grabartodas estas tomas en Studio One, donde cada par de tomas (el micrófono cercano y el micrófono de la sala) tendrían que estar alineados y preparados para compilar en una sola toma maestra. Como cada toma era una fuente mono, podía desplazar el micrófono cerrado hacia la izquierda y el micrófono de la sala hacia la derecha, luego hacerlos funcionardirectamente desde el par de salida principal del VS880 en dos entradas separadas en el 16.0.2, aunque esto significaba que estaría ejecutando la señal a través de otra etapa de preamplificador. Aunque solo necesitaba lo que estaba en las pistas 7 y 8, dejéque la submezcla se reproducieraen las pistas 1 y 2 para incluir el conteo y el tiempo antes de silenciarlas.
Configuré un par de pistas agrupadas para cada toma dentro de Studio One.
Después de grabar
Después de grabar fui a los los clics en el conteo del baterístade los nuevos archivos y los alineabacon el original, eliminando el exceso de tiempo al principio del archivo según fuesenecesario. Una vez que se alineabanun par de tomas, se arrastraba hasta el master
vocal en la línea de tiempo y asignabasu propia ‘take layer’ seleccionando Layers> Add Layer. Una vez que todas las tomas estuvieron alineadas y en su lugar, las mejores secciones de cada una podrían ser colocadasde forma selectiva en una composición vocal a gusto.
Después de cargar y editar las voces de la primera canción, sentí que el sonido no era tan agresivo comolo había sentido en la iglesia. La voz parecía estar luchando para destacarse enlos arreglos. A pesar de que me había esforzado por mantener la cadena vocal lo más libre posible hasta este punto, decidí intentar pasar la voz a través de otra etapa de preamplificador, la de mi Universal Audio 6176. Como esta es mi unidad para la mayoría de las voces , parecía un ajuste natural. Además, podría agregar alguna compresión genuina al estilo 1176 e incluso mejorar las cosas con el ecualizador integrado.
Finalmente
Después de un poco de ajustes, llegué a un sonido bastante agresivo al usar la configuración “Todos los botones en el compresor” con un ataque rápido y un tiempo de releasemedio, agregando un toque de “aire” a través de un alto de 3 dB – refuerzo de shelfa 10 kHz e impartiralgo de grosor a la voz con un aumento de shelfbajo de 6 dB a 200 Hz. Dejé la pista de micrófono de la habitación quieta, para que la dinámica permaneciera intacta. Como resultado, cada vez que David hace ruido en la sala, se amplifica esa sensación de emoción, porque su voz principal se está atenuando mientras se permite que florezca el ambiente de la iglesia.
Repetí las tomas vocales y me encantó su sonido, luego continué con el resto de las canciones del proyecto. Esto llevó mucho tiempo, por supuesto, especialmente en comparación con el método de arrastrar y soltar, pero el productor y el artista están de acuerdo en que el resultado final definitivamente valió la planificación y el esfuerzo extra … tanto a nivel personal como espiritual.Y bueno, el uso de micrófonos en iglesiava mucho más alla de los micros… incluye otra serie de aspectos y equipos y espero que en este artículo se haya demostrado esto. Hasta pronto.