¿Por qué se produce el efecto de proximidad y por qué unos micrófonos presentan más dicho efecto que otros?

Hace poco tuve una conversación con un colega sobre micrófonos para utilizarlos en el bombo de una batería. Yo me declaro muy fan del AKG D112, y mi amigo prefería el Shure Beta 52. Aunque el artículo no trata sobre micrófonos de bombo, mis argumentos para preferir el D112 a casi cualquier otro micrófono de bombo son su respuesta plana en frecuencias medias (si las tengo que quitar, ya utilizaré el ecualizador en la medida que yo quiera), y un no demasiado exagerado efecto de proximidad.

Con efecto de proximidad nos referimos a un fenómeno que ocurre en los micrófonos direccionales de gradiente de presión que genera un aumento de nivel en frecuencias bajas cuando la cápsula se encuentra muy cercana a la fuente de sonido.

Para mí el Beta 52 tiene un efecto de proximidad tan elevado, que cualquier pequeño movimiento del micrófono respecto al bombo hace que el sonido cambie de forma significativa.

Si echamos un vistazo a la gráfica de respuesta en frecuencia del Shure Beta 52 vemos esto:

Respuesta en frecuencia de Shure Beta 52

Las líneas discontinuas representan realces en baja frecuencia debidos al efecto de proximidad de hasta 20dB de diferencia en graves, dependiendo de la distancia del micrófono a la fuente. Veamos por qué sucede este fenómeno en los micrófonos direccionales de gradiente de presión.

¿Qué es el efecto de proximidad?

Llamamos efecto de proximidad al fenómeno que se produce cuando se sitúa un micrófono bidireccional o unidireccional muy cerca de la fuente sonora. En esas ocasiones las bajas frecuencias aumentan su nivel respecto a las medias y altas, lo que puede provocar demasiada coloración en la respuesta sonora.

Pero, ¿por qué aumentan los graves en función de la distancia a la fuente? Vamos con ello.

Micrófonos de gradiente de presión

Los micrófonos direccionales más habituales son los micrófonos de gradiente de presión. Generan su señal de salida mediante la diferencia de presión que recibe desde la parte delantera del diafragma hasta la parte trasera del mismo. Cuando una onda de sonido llega al eje frontal del diafragma, deberá recorrer una una distancia adicional para llegar a la parte posterior del diafragma. Esto significa que la onda llega a la parte posterior del diafragma más tarde que a la parte frontal.

Esa distancia entre la parte delantera y la trasera del diafragma suele ser muy pequeña, pongamos que es de unos 8 mm. Por lo tanto, la onda sonora que llega a la parte posterior del diafragma ha recorrido 8 mm más que la que llega directamente a la parte frontal. Esa distancia, dependiendo de la frecuencia sonora, va a generar una respuesta distinta.

Para una frecuencia de 100Hz, cuya longitud de onda es de 3,4metros, una diferencia de 8mm es insignificante.

De hecho, si un ciclo completo de una onda son 360º, podemos calcular la diferencia de fase que suponen esos 8mm en 100Hz:

Fase=Diferencia en distancia x Frecuencia x 360340

Si calculamos la diferencia de fase que suponen esos 8mm para 100Hz:

Fase=0,008x100x360340=0,84º

Por tanto, es una diferencia inapreciable prácticamente. Y como la onda incide en contrafase al diafragama trasero respecto al delantero, se producirá una cancelación. En cambio, para 20.000Hz, esa misma distancia, supone una gran diferencia:

Fase=0,008x20000x360340=169,41º

Es decir, prácticamente 1/2 de longitud de onda de diferencia. Y como la onda llega en contrafase, supondría sumar prácticamente +6dB en esa frecuencia.

Si visualizamos la respuesta en cada frecuencia en una gráfica (en este caso he utilizado una hoja de Excel llamada «Suma de señales correlacionadas», de Mija Krieg Schreiber), vemos lo que sería la respuesta en frecuencia por defecto de un micrófono de gradiente de presión en el que de la parte delantera del diafragma a la posterior haya unos 8mm, o lo que es lo mismo, 0,023mseg:

gradiente_presion_8mm

Si nos fijamos en esa respuesta en frecuencia, presenta un aumento de aproximadamente +6dB/octava. Por supuesto, un micrófono cuya respuesta de frecuencia aumente 6 dB/octava no se consideraría un micrófono adecuado generalmente. Por eso los fabricantes, para compensar este aumento frecuencial en los micrófonos de gradiente de presión, aplican una amortiguación del diafragma para crear una atenuación de 6 dB/octava.

La combinación de estos dos factores (aumento de 6dB/octava del gradiente de presión y la amortiguación del diafragma de -6dB/octava) crean una respuesta de frecuencia global que es generalmente plana.

Ley del inverso del cuadrado

De la ley de la inversa del cuadrado ya hablamos en el artículo «3 conceptos fundamentales en sonido directo«. Pero precisamente por eso, por que es un concepto fundamental, tenemos que volver a ella para explicar ciertas cosas.

La ley del inverso del cuadrado explica por qué el sonido se atenúa a medida que se aleja de la fuente sonora. Conforme la onda se propaga desde una fuente, la energía del sonido original se va expandiendo en forma de una esfera cada vez más grande. Debido al principio de la conservación de la energía, a medida que la esfera se agranda, cada punto de la esfera contiene en realidad menos energía.

Cada vez que se dobla la distancia a la fuente sonora, perdemos -6dB.

Ley inversa del cuadrado

Fuente: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/acoustic/imgaco/isqb.gif

Campo cercano y campo lejano

Analicemos ahora las diferencias entre el campo cercano y el campo lejano.

Si tenemos 1 micrófono a 1cm de la fuente, ¿qué variación de nivel de SPL habrá en la parte trasera del diafragma, que está a 1,8cm de la fuente, respecto a la parte delantera?

Atenuación por distancia=20logd2d1

Donde d1 en este caso será la distancia de la fuente a la parte frontal del diafragma, y d2 la distancia de la fuente a la parte trasera del diafragma.

Atenuación por distancia=20log0,0180,01=5,10dB

Por tanto, entre la parte delantera del diafragma y la parte trasera, a 1 cm de la fuente, tenemos una diferencia de unos 5dB SPL.

Y otro ejemplo más, ahora con más distancia:

Si tenemos 1 micrófono a 2 metros de la fuente, ¿qué variación de nivel de SPL habrá en la parte trasera del diafragma, que está a 2,008m de la fuente?

Atenuación por distancia=20log2,0082=0,003dB

En este caso, la atenuación es prácticamente despreciable.

Por lo tanto, podemos concluir que cuanto más cerca está el micrófono de la fuente, la diferencia de presión entre la parte delantera y la trasera es mayor.

Si representamos gráficamente todos estos factores conocidos (la respuesta de gradiente de presión, la ley de la inversa del cuadrado, y la amortiguación del diafragma) en un micrófono que estuviese en campo lejano respecto a la fuente, quedaría así:

Con el diafragma sin amortiguar, la respuesta general aumenta +6dB/octava y esa aportación del gradiente es mucho más significativa que la aportación de la ley de la inversa del cuadrado.

Con el diafragma amortiguado, se aplica una atenuación de -6dB/octava para conseguir una respuesta plana y el gráfico rota. Podemos afirmar que, en campo lejano, la respuesta en frecuencia final del micrófonos sólo depende del gradiente.

Sin embargo, vamos a ver qué cambios se producen en el campo cercano, donde ya sabemos que la aportación de la inversa del cuadrado es mucho más importante:

campo cercano gradiente

Tal y como podemos ver en los gráficos y hemos calculado previamente, en campo cercano la aportación de la ley de la inversa del cuadrado se hace más grande, llegando a superar en bajas frecuencias a  la aportación del gradiente.

Por tanto, la ley de la inversa del cuadrado contribuye notablemente a un aumento de bajas frecuencias cuando la fuente está cerca del micrófono. Y es lo que conocemos como efecto de proximidad.

Volviendo al principio del artículo…

Y ahora que ya sabemos cómo se produce el efecto de proximidad, volvamos al tema que comentábamos al principio. ¿Por qué el micrófono Shure Beta 52 presenta un efecto de proximidad más acusado que el AKG D112?

Pues parece sencillo: por la posición de su diafragma respecto a la rejilla del micrófono. En el caso del Shure Beta 52, su diafragma está más cerca de la rejilla frontal que en el AKG D112. Al estar más cerca de la rejilla, el efecto de proximidad que se produce es más acusado, y un cambio de posición en ese micrófono puede modificar mucho la respuesta en bajas frecuencias.

diafragma Beta52 vs D112

La escala de las imágenes no es la misma, pero es evidente que un diafragma está mucho más cerca de la rejilla que el otro.

Y todo esto vuelve a estar muy relacionado con otro artículo anterior, llamado «Por qué debería interesarte la profundidad de las cápsulas de tus micrófonos», que os recomiendo leer si no lo habéis hecho ya.

Con esto llegamos al final. Soy consciente de que hay muchos artículos en la red explicando el efecto de proximidad, pero no conseguí encontrar ninguno que fuese del todo claro para mí, así que espero haber podido aportar mi granito de arena a que este fenómeno se entienda mejor.

Si habéis leído hasta el final del artículo, gracias por tu tiempo. Se agradecen los comentarios y la difusión en el caso de que creas que esta información puede ser útil para alguien 🙂

3 comentarios
  1. Benaches
    Benaches Dice:

    Hola Jorge. Como siempre, excelente explicación. Ahora entiendo perfectamente el porqué de ese efecto de proximidad. De nuevo gracias y continúa escribiendo estos excelentes artículos.

    Responder
  2. Chus
    Chus Dice:

    Fantástico como siempre Jorge. Muy ilustrativas tus fotos. Te quería comentar si se pueden conseguir las hojas de excel de Mija.
    Mil gracias por todos tus aportes.
    Un saludo!!!

    Responder

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