A. Omnidirecional

O microfone com diagrama omnidirecional apresenta semelhante amplitude no nível de saída quando excitado em qualquer ângulo. Este microfone cobre 360 º e capta o máximo de som em todo o ambiente.

Se for utilizado em aplicações ao vivo deverá ser posicionado bem próximo da fonte sonora para que o ambiente interfira pouco no balanço entre som direto e som ambiente.

Figura 18. Captação omnidirecional

É extremamente suscetível a realimentações (microfonias). Um exemplo de microfone com diagrama polar omnidirecional é o utilizado em lapela. Este formato de captação não apresenta variação na resposta em freqüências com mudança de lugar da fonte geradora. Quando o orador movimenta sua cabeça o microfone continua apresentando a mesma resposta.

B. Unidirecional

Este tipo de captação permite ao microfone grande sensibilidade aos sons provenientes do eixo e muito pouca sensibilidade aos sons vindos das demais direções (Figura 19a e 19b). Dentre eles o mais comum é o cardioide e seu diagrama de captação se assemelha ao formato de um coração. Possui alta sensibilidade a 0 º e baixa sensibilidade a 180 º.

Figura 19 a e 19 b. Captação cardioide, supercardioide e hipercardioide

Microfones com diagrama polar cardioide tendem a captar 30% menos som ambiente que os omnidirecionais.

São utilizados quando o controle da diretividade é importante, como acontece em um ambiente em que se tenha vários instrumentos sendo captados individualmente e o vazamento de sons entre eles não é desejado.

São preferidos quando é necessário o uso de caixas acústicas de monitor (retorno), por serem mais imunes aos efeitos de realimentação (feedback).

Outra variação encontrada são os formatos supercardioide e hipercardioide. Microfones cardioides abrangem, aproximadamente, 130 º de cobertura, supercardioides 115 º e hipercardioides 105 º .

As maiores rejeições acontecem nos seguintes ângulos: cardioide a 180 º, supercardioide a 125 º e hipercardioide a 110 º .

A sensibilidade de captação entre sons diretos e ambiência se apresentam da seguinte forma: cardioide 33 %, supercardioide 27 % e hipercardioide 25 %. Assim quanto menor a intensão de se captar o som ambiente mais direcional deverá ser o microfone.

Microfones com diagrama polar hiper ou supercardioide são mais sensíveis a sons gerados em suas partes posteriores. O super cardioide rejeita &endash;12 dB e o hipercardioide rejeita &endash; 6 dB.

Se a intensão for captar menos sons ambientes mas que são gerados na parte posterior do microfone o cardioide pode ser a melhor opção.

Dentro da família de microfones direcionais estão os Shot-Gun que são extremamente direcionais (transdutores de interferência). Possuem um tubo com cortes longitudinais fixado `a frente da cápsula. Estes cortes formam um labirinto até chegar `a cápsula. Cada corte possui um comprimento diferente. Os sons que incidem no eixo da cápsula são amplificados, independente da freqüência. Os sons gerados em suas laterais sofrerão cancelamentos já que incidirão nas ranhuras laterais indo ao labirinto para depois chegarem `a cápsula em tempos diferentes.

Como cada ranhura possui um comprimento diferente para chegar até a cápsula, são gerados cancelamentos construtivos que aumentam a diretividade do microfone. A eficiência desta diretividade é dependente da freqüência e do tamanho do tubo. Quanto mais baixa a freqüência maior o comprimento de onda e maior deverá ser o tubo para ser capaz de cancelar estas freqüências.

Alguns microfones omnidirecionais podem utilizar uma parábola, geralmente de acrílico, para torná-lo diretivo. A parábola têm por finalidade concentrar as ondas de som geradas pela parte posterior do microfone. Estes microfones são utilizados para captar sons em estádios de futebol, gravações externas de cinema, novelas, empresas de segurança etc.

C. Bidirecional

Este formato permite total captação nos extremos 0 º e 180 º rejeitando sons provenientes das laterais a 90 º e 270 º . É também conhecido como figura 8.

Como as cápsulas estão opostas fisicamente e com polaridades invertidas, todos os sinais provenientes das laterais incidirão sobre as duas cápsulas com igual amplitude e serão cancelados. Sinais gerados em frente a uma das cápsulas incidirão em muito menor amplitude na outra cápsula, diminuindo os cancelamentos.

Figura 20. Captação Bidirecional ( figura 8 )

Em termos percentuais possui a mesma quantidade de captação de som ambiente que o cardioide, 33%.

Pode ser utilizado para captar duas fontes sonoras como no caso de dois cantores durante gravação ou de um programa de entrevistas.

D. Microfone Binaural Estéreo

Possui diretividade diferente dos microfones convencionais por se aproximar das características de percepção do ouvido humano. Dois microfones omnidirecionais são instalados dentro dos "ouvidos" de um manequim (Figura21).

Figura 21. Microfone Binaural

Por razões físicas microfones de pressão possuem tanto equalização de campo difuso quanto de campo livre. A equalização de campo difuso faz com que o microfone tenha resposta plana para sons gerados a sua volta e apresente reforço nas freqüências existentes nos sons gerados a sua frente. A equalização de campo livre apresenta resposta plana para os sons gerados `a frente do microfone e apresenta perda nas altas freqüências geradas ao seu redor.

XVIII. POLARIDADE

Segundo convenção da AES (Sociedade de Engenharia de Audio), ficou determinado que no conector XLR o pino 2 conduz o sinal "hot", o pino 3 conduz o sinal "cold" e o pino 1 é o terra. Nesta configuração o pino 2 e o 3 conduzem o mesmo sinal, porém com inversão de polaridade.

Mas ainda hoje encontramos, por padrão do fabricante ou erro de montagem, microfones onde o sinal "hot" se encontra no pino 3. Deve-se efetuar medição de polaridade e se necessário sua correção para que todos os microfones estejam, eletricamente, com a mesma polaridade.

XIX. FATOR DE DISTANCIA

Microfones unidirecionais possuem maior rejeição a sons provenientes fora do eixo. Podem ser posicionados a maiores distâncias da fonte sonora. Para se ter a mesma captação de som ambiente com microfones omnidirecionais e unidirecionais têm-se uma relação de o dobro da distância.

XXIV. REALIMENTAÇÃO (FEEDBACK)

A realimentação ou microfonia como é conhecida, ocorre quando um sinal é capturado pelo microfone, amplificado e novamente capturado pelo microfone (Figura 24). Assim inicia-se um ciclo de captção e amplificação do mesmo sinal, um looping. A amplitude deste sinal têm crescimento gradativo e tende, dependendo da situação, a ir para infinito. É extremamente prejudicial a alto-falantes e circuitos eletrônicos.

A. Número de microfones abertos antes da realimentação

Sempre que o número de microfones abertos em um sistema é dobrado, deve-se reduzir em 3 dB o nível geral do sistema para que seja evitada a microfonia (6). Como os microfones apresentam amostras do som ambiente teremos o dobro de captação.

Onde:

GR- Redução no ganho

NOM - Número de microfones abertos

B. GANHO ACÚSTICO NECESSÁRIO (GAN)

Pode-se calcular a perda de pressão com a distância (Inverse Square Law) e determinar o ganho necessário para que dois ouvintes, em posições distintas, possam perceber o som do orador (7).

GAN &endash; Ganho Acústico Necessário

EAD - Distância entre orador e primeiro ouvinte

Do - Distância entre orador e segundo ouvinte

C. Ganho Acústico Potencial (PAG)

Identifica o máximo de ganho possível antes da realimentação quando utilizado sistema de amplificação. Envolve o número de microfones abertos e a distância dos microfones em relação `as caixas acústicas.

Onde:

D1 &endash; Distância entre a caixa acústica e o microfone

D2 &endash; Distância entre a caixa acústica e o último ouvinte

Do &endash; Distância entre o orador e o último ouvinte

Ds &endash; Distância entre o orador e o microfone

NOM &endash; Número de microfones abertos

-6 &endash; Margem de 6 dB para evitar microfonia

D. Regra 3 para 1

Quando for necessário utilizar vários microfones em um mesmo ambiente, por exemplo na captação de um coral (captação por área), esta regra pode ser útil para minimizar efeitos de interferências e cancelamentos (Figura 26).

A distância entre os microfones deverá ser três vezes a distância de um dos microfones em relação `a fonte sonora. Isto faz com que um microfone capte a fonte do outro porém com -9 dB de intensidade. Há redução considerável no efeito pente do sinal.

Se for uma superfície reflectora o microfone deverá estar no mínimo a uma vez e meia a distância que se encontra da fonte do sinal. Assim a regra será a mesma já que o sinal percorrerá 3 vezes a distância entre microfone e fonte de sinal.

Figura 26. Regra 3 para 1

Exemplo:

SPL DM1 = 100 dB SPL

DM1 = 1 m

DM2 = 3 m

Onde:

DM1 = distância entre fonte e microfone 1

DM2 = distância entre os microfones

XXV. APLICAÇÕES PRÁTICAS

A. O ponto de partida para escolha de um microfone é identificar suas necessidades, buscar em manuais as especificações técnicas que as atendam e finalmente experimentar um a um. Isto se deve ao fato de que apesar de termos diversos microfones com a mesma especificação técnica o timbre será sempre diferente. É uma característica única, ou seja, é a assinatura do fabricante.

B. Microfones são dispositivos de captação de sinais acústicos e por sua vez estão sujeitos aos seus efeitos. Quando uma única fonte sonora é captada com mais de um microfone o resultado da somatória dos sinais está sujeito aos efeitos de cancelamentos gerados pelas variações nas fases.

C. Vejamos a captação do som de uma caixa de bateria. Há o som da pele de attack e da pele de resposta. É comum a captação com dois microfones onde um capta o som da pele superior e outro o som da pele inferior onde se encontra a esteira.

Nesta situação deve-se inverter a polaridade de um dos microfones, preferencialmente o da esteira para que haja melhor resultado elétrico na soma dos sinais. No momento da batida na caixa, avaliando o primeiro instante da onda, teremos compressão no microfone da esteira e rarefação no microfone da pele superior.

D. No posicionamento de monitores (caixas de retorno de palco), deve-se conhecer e analisar os diagramas polares destas caixas e dos microfones utilizados no sistema. Os microfones com diagrama polar cardioide possuem maior imunidade `a captação de sinais a 180º do eixo, ou seja, sua parte posterior. Assim, o ideal é trabalhar com apenas uma fonte sonora atrás deste microfone e não duas fontes laterais. O nível máximo de pressão sonora antes da realimentação será maximizado.

E. Ao utilizar microfones supercardioides, dispor dois monitores nas laterais é preferível. Como o microfone possui maior rejeição nesta região, consegue-se maiores níveis de pressão sonora antes da realimentação.

F. Para sonorizações ou gravações ao vivo onde muitos microfones estarão abertos ao mesmo tempo, como acontece com orquestras sinfônicas deve-se cuidar da disposição das caixas acústicas no ambiente para que se possa aumentar o nível médio de SPL antes da realimentação que neste caso é muito crítica.

G. Microfones utilizados em medição (instrumentação) devem ter resposta em freqüências plana e extendida. São microfones condensadores com diagrama polar omnidirecional. É comum também serem utilizados no piso durante medições para que não haja interferência das reflexões do piso em suas medidas.

H. Amplificadores para instrumentos musicais geram altos níveis de pressão sonora em curtas distâncias. Na captação dos sinais nestes amplificadores escolha microfones capazes de suportar estes níveis de pressão. Dependendo da distância do microfone em relação ao alto-falante, haverá interferência do ambiente na captação. Se for uma caixa acústica com diversos alto-falantes o timbre será diferente se captado pelo alto-falante superior ou inferior em função das reflexões no piso. Neste caso até mesmo o material do piso poderá alterar a sonoridade do sinal captado.

I. Em sonorização ao vivo procure utilizar o microfone o mais próximo possível da fonte para aumentar a relação entre sinal direto e sinal refletido.

J. Utilize garras anti-shock, principalmente em locais onde houver piso de madeira, evitando-se captação de ruídos por transmissão.

K. Utilize filtros como espumas (wind screen) para reduzir sinais indesejados como sopros e ventos.

L. Em estúdios de gravação o formato de captação omnidirecional é também utilizado para misturar sinais diretos e sons característicos da sala. Este controle é feito variando-se a distância entre a fonte, o microfone e as paredes da sala.

M. No caso de púlpito ou mesa de leitura, posicione o microfone ligeiramente `a esquerda ou `a direita. Evitando captação frontal. Neste caso utiliza-se microfones com haste flexível. Outra opção é fixá-lo na base da madeira para evitar reflexões que geram filtros. Os microfones de superfície são utilizados para altar, logo abaixo da base para leitura.

XXVI. TÉCNICAS DE CAPTAÇÃO ESTÉREO

Utiliza-se dois ou mais microfones para criar a imagem estéreo dando mais profundidade e espacialidade aos sinais captados. Os três métodos mais utilizados são A/B , X-Y e M-S.

A. A/B

Chamada de par espaçado, utiliza dois microfones cardioides ou omnidirecionais espaçados em torno de 1 a 3 metros (Figura 27). Esta distância varia de acordo com o tamanho da fonte sonora. Um deles é endereçado ao canal esquerdo e o outro ao direito.

A desvantagem desta técnica é a probabilidade de cancelamentos de fase dos sinais nos microfones. Isto se deve `a distância relativa entre eles e o tempo de chegada do sinal em cada um. Para conferir estes cancelamentos e/ou somatórias, compara-se o sinal estéreo com o mono.

Figura 27. Captação par espaçado

Esta técnica utiliza dois microfones cardioides de mesma marca e modelo, montados o mais próximo possível um do outro e angulados entre 95 e 130 graus. Este ângulo irá variar em função do tamanho da fonte sonora. Também nesta configuração cada um dos microfones será enderaçado para um lado (esquerdo/direito).

Como as cápsulas estão muito próximas, os sinais de áudio chegam praticamente ao mesmo tempo `as duas, minimizando os problemas de fase. Se a fonte de sinal for muito larga a separação do estéreo pode ser afetada.

Inventado por David Hughes, os microfones são transdutores eletroacústicos que transformam energia acústica em energia elétrica através do deslocamento de sua membrana proporcionalmente `as ondas de som capturadas.

São quatro considerações básicas que devem ser observadas na escolha de um microfone: Impedância, princípio de operação, resposta em freqüências e diretividade.

III. IMPEDNCIA

Oposição `a passagem de corrente elétrica em um determinado circuito. Seu módulo varia de acordo com a freqüência.

Diferente de sinais de linha com transformador e antigas linhas de transmissão de telefones, onde os circuitos deveriam ter a mesma impedância entre fonte e carga. Os pré-amplificadores para microfones devem possuir impedância de entrada em torno de 10 a 20 vezes maiores que a impedância de saída do microfone (Figura 1). As impedâncias dos microfones, atuais, variam entre 50 e 600 Ohms, assim sendo, os pré-amplificadores devem ter impedâncias de entrada em torno de 3000 Ohms (1).

Estas relações mantém a resposta em freqüência mais uniforme garantindo também uma transferência de tensão maior entre fonte e carga.

Impedâncias muito baixas fazem com que o microfone dissipe muita potência, quando sons incidem sobre a membrana, aumentando a probabilidade de distorções. Já impedâncias maiores fazem com que sua performance seja melhor, no entanto, pode-se perder freqüências mais altas, causar oscilações nos circuitos internos do microfone e aumentar a captação de ruídos nos cabos.

Existem alguns pré-amplificadores que possuem seleção da impedância de entrada variando entre 50 a 600 Ohms (valores referentes `as impedâncias das fontes). A vantagem disso é o melhor desempenho para cada microfone utilizado.

Em alguns manuais de microfones encontram-se duas impedâncias, uma de fonte, que é a do microfone e outra sendo impedância de carga ideal para o pré de microfone utilizado.

As impedâncias são referenciadas a 1000 Hz, já que esta grandeza varia com a freqüência. Há um aumento progressivo da impedância com o aumento da freqüência ocasionando um filtro passa baixa que é alterado com a inserção do cabo para microfone, conectores e pré onde este microfone será conectado.

IV. TRANSFERÊNCIA DE TENSÃO ENTRE FONTE E CARGA

Como foi dito utilizamos impedâncias de carga entre 10 a 20 vezes maior que a impedância da fonte. A seguir o cálculo da tensão na carga.

Onde:

Vc &endash; Tensão na carga

Vf &endash; Tensão gerada pela fonte

Zc &endash; Impedância da carga

Zf &endash; Impedância da fonte

A seguir cálculo da perda da tensão em função dos valores de impedância utilizados.

Onde:

PT &endash; Perda em tensão

Vtransf - Percentual de tensão transferido `a carga.

Para impedâncias iguais teremos uma perda de 6 dB. Para valores onde Zc/Zf sejam iguais a 10 o percentual de transferência varia para aproximadamente 91% o que nos leva a uma perda de apenas 0,82 dB. Já para uma razão de 20 a perda será de 0,423 dB.

Dai a importância de se ter estas relações de impedâncias otimizando sempre a transferência de tensão possível entre fonte e carga aumentando assim a relação sinal/ruído do sistema.

A relação sinal/ruído e a resposta em freqüências do microfone variam, como vimos, com a variação das impedâncias da fonte e carga e também com a capacitância dos cabos inseridos entre os circuitos. Mas é comum vermos sistemas utilizando duas, três ou até mesmo quatro consoles de mixagem (mesas de som) ligadas em paralelo. Como em gravação de shows ao vivo. Isto faz com que a impedância da carga diminua em até quatro vezes o que altera completamente as características do microfone.

Nestas situações o ideal é utilizar circuitos distribuidores ativos (circuito eletrônico) ou passivos (transformador). Para circuitos passivos é importante que o microfone esteja conectado diretamente ao distribuidor e ao mesmo tempo a uma das consoles. Desta maneira garantimos que microfones condensadores que necessitam de alimentação externa (Figura 14) possam funcionar [7].

XXVI. TÉCNICAS DE CAPTAÇÃO ESTÉREO

Utiliza-se dois ou mais microfones para criar a imagem estéreo dando mais profundidade e espacialidade aos sinais captados. Os três métodos mais utilizados são A/B , X-Y e M-S.

A. A/B

Chamada de par espaçado, utiliza dois microfones cardioides ou omnidirecionais espaçados em torno de 1 a 3 metros (Figura 27). Esta distância varia de acordo com o tamanho da fonte sonora. Um deles é endereçado ao canal esquerdo e o outro ao direito.

A desvantagem desta técnica é a probabilidade de cancelamentos de fase dos sinais nos microfones. Isto se deve `a distância relativa entre eles e o tempo de chegada do sinal em cada um. Para conferir estes cancelamentos e/ou somatórias, compara-se o sinal estéreo com o mono.

Figura 27. Captação par espaçado

B. X-Y

Esta técnica utiliza dois microfones cardioides de mesma marca e modelo, montados o mais próximo possível um do outro e angulados entre 95 e 130 graus. Este ângulo irá variar em função do tamanho da fonte sonora. Também nesta configuração cada um dos microfones será enderaçado para um lado (esquerdo/direito).

Como as cápsulas estão muito próximas, os sinais de áudio chegam praticamente ao mesmo tempo `as duas, minimizando os problemas de fase. Se a fonte de sinal for muito larga a separação do estéreo pode ser afetada.

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