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¿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 🙂

Por qué debería interesarte la profundidad de las cápsulas de tus micrófonos

Quería empezar el año escribiendo un artículo sobre la importancia de la posición de las cápsulas microfónicas en el interior de los micrófonos. Este es un tema que hace un tiempo aprendí tanto de Dave Rat como de Merlijn Van Veen, pero del que nunca he leído nada en idioma español, así que me parece interesante escribir mi propia versión como aportación al blog.

Micrófonos y sensibilidad.

La sensibilidad de un micrófono es la relación que existe entre la presión sonora que recibe el micrófono en su cápsula y la señal eléctrica que genera en su salida. Se trata de un valor constante y fijo. Normalmente se mide en mV/Pa y los fabricantes suelen especificar este valor para una frecuencia de 1KHz. A mayor sensibilidad, mayor nivel de salida nos dará un micrófono con la misma presión sonora de entrada.

Habitualmente, se afirma que los micrófonos de condensador son más sensibles que los micrófonos dinámicos. Esto es correcto, ya que por lo general es así.

También se tiende a pensar que al ser más sensibles captan más cualquier ruido que se produzca a su alrededor y puede que no sean por tanto muy adecuados para utilizarlos en directo, donde suele haber mucho ruido en escenario. Esto no es del todo correcto, ya que la sensibilidad del micrófono no ocasiona esto (la sensibilidad es constante, por lo que si nos llega demasiada señal con atenuar la ganancia solucionaríamos el problema).

El que un micrófono capte más sonidos de su alrededor que otro, a mismo nivel de salida, lo ocasiona la profundidad de su cápsula.

Profundidad de cápsula.

Con profundidad de cápsula nos referimos a la posición que tiene el transductor acústico/mecánico (es decir, el dispositivo que convierte la presión sonora en movimiento) dentro del micrófono. Puede ser que esté muy próximo a la rejilla, o puede esté situado un poco más adentro, dejando unos centímetros entre la cápsula y el extremo del micrófono.

Esa distancia, que puede parecer insignificante, realmente es muy importante. Cuanto más cerca esté la cápsula de la fuente sonora, más señal va a captar de la misma. Y por tanto, mejor relación señal/ruido habrá. Esto quiere decir que se captará con más nivel el sonido deseado y con menos nivel ruidos que estén en el escenario. Cabe destacar que esto es absolutamente independiente de la topología del micrófono (dinámico o condensador), si bien es cierto que en muchas ocasiones los micrófonos de condensador tienen la cápsula más escondida que los micrófonos dinámicos.

Ejemplo real: Shure SM58 vs. Sennheiser e835

Pongamos que tenemos dos micrófonos dinámicos como son el clásico Shure SM58 y el Sennheiser e835. Normalmente, la percepción que hay entre la gente que los ha comparado es que el Sennheiser e835 da menos problemas de realimentación y capta menos el ruido del escenario que el Shure SM58.

Si miramos el manual, veremos que el Shure SM58 tiene una sensibilidad de 1,85mV/Pa y el Sennheiser e835 2,7mV/Pa. Por tanto, si ambos reciben la misma presión sonora con la misma ganacia de previo, el Sennheiser nos dará más señal.

Curiosamente, el Sennheiser tiene la cápsula más cerca de la rejilla que el Shure, tal y como podemos ver en la foto de debajo. ¿Casualidad? No, claro. Esto está relacionado con esa percepción de menos probabilidad de realimentación y menos captación de ruido de escenario.

Diferentes distancias de las 
cápsulas microfónicas de Shure SM58 y Sennheiser e835
Shure SM58 y Sennheiser e835

Si medimos, la cápsula del Shure queda aproximadamente a 2,3cm de la rejilla. Y la del Sennheiser a 1,3cm. Ahora imaginemos tenemos un cantante que sitúa los micrófonos a 1 cm de su boca y hace que en la cápsula del Sennheiser, que está mas cerca, lleguen 90db SPL.

La cápsula del Sennheiser quedará, a esa distancia, más cerca de la boca que la del Shure SM58 (2,3cm vs. 3,3cm aproximadamente). Y aquí entra en juego la conocida ley de la inversa del cuadrado, donde al duplicar la distancia a la fuente perdemos unos -6dB. Eso quiere decir que si el Sennheiser está recibiendo un nivel de presión sonora «X», el Shure SM58, simplemente por tener la cápsula 1 centímetro más atras, estará recibiendo menos señal.

La fórmula para calcular la pérdida de nivel con la distancia es L2=L1+20log(d1/d2), siendo L1 el nivel que hay a una distancia d1 y d2 la distancia a la que queremos calcular el nivel que llega. A partir de aquí es sencillo realizar los cálculos.

Si por ejemplo al Sennheiser llegan 90dB a 1 centímetro de distancia de la fuente sonora, al Shure llegarán 83,97dB. A 2 centímetros, el e835 captará 83,97dB y el Shure 80,45dB (3,5dB de diferencia) y así sucesivamente.

Con Excel, podemos crear fácilmente un gráfico que muestra las diferencias entre los dos micrófonos. En el eje vertical tenemos el nivel SPL (he tomado de nivel inicial 90dB) y en el eje horizontal la distancia de la fuente al micrófono en centímetros (teniendo en cuenta que una cápsula está 1 centímetro más alejada que la otra). En azul sería el Sennheiser, o lo que es lo mismo, un micrófono con una cápsula más próxima a la rejilla, y en rojo el Shure o un micrófono con la cápsula 1 cm más alejada.

Comparativa de niveles de SPL que llegan a dos micrófonos con la cápsula al doble de distancia el uno del otro. Las diferencias más significativas se dan en los 8 primeros centímetros.

Conclusiones

Con una diferencia de entre 6 y 2,5dB SPL en los tres primeros centímetros, podemos concluir que la profundidad de la cápsula es importante en situaciones de microfonía cercana a la fuente y con ruido alrededor, como puede ser el escenario de un concierto. El micrófono con la cápsula más alejada captará, sin duda, más ruido indeseado, pues tendremos que darle un poco más de ganancia para conseguir el nivel de señal deseado.

A distancias de 14 o 15 centímetros a la fuente o más estas diferencias ya no son muy importantes (habrá menos de 0,5dB de diferencia entre los micrófonos).

Cuanto más cerca quede la cápsula de la fuente sonora, mejor relación señal/ruido tendremos y también menos probabilidad de realimentación o feedback. No todo son ventajas, seguramente el efecto de proximidad será más evidente cuanto más cerca esté la cápsula de la fuente sonora. Y en ocasiones, microfonear según que fuentes sonoras desde demasiado cerca puede que no sea lo ideal.

Los micrófonos de condensador suelen llevar la cápsula más profunda (aunque no siempre), y por ello suele parecernos que captan más ruido de escenario y pueden ser más problemáticos.

También, una cápsula más próxima a la rejilla y la espuma del micrófono puede ser una cápsula más expuesta a daños por humedad, como por ejemplo la saliva en el caso de cantantes. Eso es un conocido problema de algunos micrófonos como los Audix OM6 u OM7, tal y como explica Ramón Sendra en este vídeo o Dave Rat en este artículo.

A partir de ahora, ya sabéis: A desenroscar los capuchones de los micrófonos e investigar qué hay dentro. No está nada mal conocer la profundidad de las cápsulas de nuestros micrófonos 🙂

Si os ha parecido interesante el artículo, agradecería que escribiéseis un comentario o lo compartieseis en redes sociales.


La microfonía en una empresa de alquiler de sonido (Parte 1)

La microfonía es una parte fundamental de cualquier empresa de alquiler de sonido: Hace falta tener cantidad, calidad y diversidad.

No podemos tener un sólo tipo de micrófono, o microfonía pensada sólo para un tipo concreto de evento. Normalmente, las empresas de sonorización en directo tenemos una gama de clientes muy amplia, no somos sólo una empresa de sonorización de conciertos: Podemos estar sonorizando un concierto de rock y al día siguiente trabajar en un auditorio con una orquesta clásica, mientras que la semana siguiente sonorizamos un festival de folk con 8 grupos distintos.

Debemos estar preparados, y conseguir una microfonía variada, en cantidad suficiente, y polivalente, que nos permita cubrir eventos de muy diferentes caracterísiticas y sobre todo que nos cuadre el presupuesto.

Realmente, la selección y el posicionamiento de la microfonía en los espectáculos en directo es uno de los factores más influyentes en la calidad del audio obtenido.



¿Qué debemos tener en cuenta a la hora de seleccionar la microfonía?

Hay 6 factores que considero fundamentales a la hora de configurar la microfonía de una empresa de sonido e iluminación:

Tipología del micrófono, respuesta en frecuencia, direccionalidad, relación calidad/precio y aceptación en riders.

Veamos qué significa cada una de estas cosas:

 

  • Tipología del micrófono:

Con tipología del micrófono me referiero al tipo de transductor que lleva el micrófono en su interior. Según la forma que el micrófono captura la energía sonora y la convierte en energía eléctrica podemos hablar de distintos tipos de micrófonos, siendo los más habituales los dinámicos y los de condensador.

Los micrófonos dinámicos son bastante sencillos de fabricar y por tanto suelen resultar económicos y además son muy resistentes, lo que resulta ideal para utilizarlos en directo, donde la microfonía habitualmente sufre mucho más que en cualquier otro lugar. Además, pueden manejar niveles de sonido exageradamente altos y resisten muy bien las condiciones extremas de humedad y temperatura. Son, resumiendo, unos micrófonos todoterreno.

Por otro lado tenemos los micrófonos de condensador, más complejos y sensibles que los dinámicos. Obtienen un sonido mucho más detallado a niveles menores y necesitan ser alimentados (con alimentación phantom o algunos modelos permiten utilizar pilas) debido al sistema de circuitería activa que llevan.Pueden conseguir más fácilmente mejor respuesta en frecuencia que los dinámicos, sobre todo en altas frecuencias, y pueden ser miniaturizados sin reducir prácticamente su calidad. Sin embargo, suelen ser más costosos y mucho más sensibles que los dinámicos. Pueden verse afectados por temperaturas extremas o por la humedad, provocando incremento del ruido de fondo o fallos temporales.

El sonido varía tremendamente de una tipología a otra: Mucho más definidos a los transitorios y mejor respuesta en alta frecuencia los de condensador. Sonido más «redondeado» los dinámicos, que son mucho menos sensibles y más lentos ante los transitorios.Normalmente, una empresa de sonido en vivo deberá tener micrófonos de ambas tipologías en suficiente cantidad, pues dinámicos y condensador son utilizados prácticamente por igual en eventos en directo (en algunos eventos podemos usar más dinámicos, en otros más condensadores…)

  • Respuesta en frecuencia: 

Con la respuesta en frecuencia de un micrófono nos referimos al nivel de salida o sensibilidad del micrófono en su rango frecuencial operativo, desde la frecuencia más baja que capta a la más alta.

Podemos distinguir entre micrófonos con respuesta plana y micrófonos con respuesta configurada.

Los micrófonos de respuesta plana responden igual en todas las frecuencias (más o menos, pueden tener algunas ligeras imperfecciones). Los de respuesta configurada presentan atenuaciones o realces en distintas zonas frecuenciales. Esta modificación de la respuesta en frecuencia es diseñada por los fabricantes para favorecer a sonidos concretos: Hay algunos micrófonos diseñados para voces, muchas veces con realces entre 2 y 10 KHz,  otros para bombos con incrementos en frecuencias graves, atenuaciones en medios…

  • Direccionalidad o patrón polar:

La direccionalidad del micrófono nos indica la sensibilidad del micrófono a las fuentes sonoras en función de la dirección o ángulo del que provenga el sonido.

Nos la va a indicar el fabricante gráficamente mediante los patrones polares.

El patrón polar muestra la variación de la sensibilidad en 360 grados alrededor del micrófono, teniendo en cuenta que el micrófono está en el centro y 0º representa la parte frontal del micrófono.

Existen muchos patrones de direccionalidad, y algunos micrófonos nos permiten elegir entre varios mediante un selector integrado en el propio micro o, en algunos casos, en su fuente de alimentación.

Los tres modelos direccionales básicos de los micrófonos son:

—Unidireccional, Bidireccional y Omnidireccional.

Los micrófonos unidireccionales son más sensibles a los sonidos que llegan frontalmente al micrófono, y tienen un gran rechazo a sonidos que llegan desde otras direcciones.

Dentro de los unidireccionales más utilizados en directo podemos distinguir los cardioides, supercardioides, hipercardioides.

Quedarían otros, como los micrófonos de cañón (con un diseño normalmente supercardioide pero con un patrón de interferencias para reducir ruidos no deseados, muy poco utilizado en eventos en directo) y los subcardioides (con una respuesta entre los omnidireccionales y los cardioides, con unos 10dB de atenuación en la parte trasera y captación más ancha que el patrón cardioide).

Los micrófonos unidireccionales más comunes son los que tienen un patrón polar cardioide, llamados así por la forma de corazón de su diagrama polar.

patrón cardioide

Patrón cardioide

Es un patrón muy sensible a los sonidos que le llegan por la parte frontal y muestra una sensibilidad mínimas con los sonidos que le llegan por la parte posterior.

Un micrófono cardioide normalmente tiene un ángulo de captura aproximado de 130º (65º de desplazamiento a cada lado del eje central), mientras que la zona mínima de captación se da a 180º.

 

 

Los micrófonos con un patrón polar supercardioide son un poco más direccionales que los cardioides (su ángulo de captación es más estrecho que el cardioide).

Supercardioide

Patrón supercardioide

Sin embargo, tienen un pequeño lóbulo de captación trasero. Puede ser interesante tenerlo en cuenta a la hora de situar monitores de suelo en el escenario, ya que a 180º el micrófono tiene un rechazo de -12dB (un buen cardioide al menos atenúa 20dB o 25dB a 180º)

El ángulo máximo de rechazo se encuentra aproximadamente en 126º y son muy adecuados para captar fuentes sonoras en entornos muy ruidosos.

 

 

hipercardioide

Patrón hipercardioide

Los micrófonos hipercardioides son muy parecidos a los supercardioides, aunque son un poco más direccionales y su lóbulo de captación trasero es mayor.

Donde con más probabilidad utilizaremos micrófonos hipercardioides será en los micrófonos de atril para conferencias y en los micrófonos en miniatura de diadema.

A 180º el rechazo de los micrófonos hipercardioides es aproximadamente de -6dB.

 

 

bidireccional

Patrón bidireccional

Los micrófonos bidireccionales o en forma de 8 alcanzan la máxima sensibilidad en ambas partes del eje: a 0º (frontalmente) y a 180º (en la parte posterior).

El máximo rechazo al sonido se produce en ángulos de 90º (en los costados).

En directo no son frecuentes. Lo más habitual puede ser verlos en micrófonos en miniatura, como el AKG C411, o en algunos micrófonos multipatrón como el AKG 414.

La semana siguiente seguiremos con el resto de factores del artículo.

*Los dibujos de los patros polares han sido tomados de Wikimedia Commons. La fotografía de Patti Smith fue tomada en Finlandia en 2007 por Beni Köhler.