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Diseño de micrófono e instrucciones de construcción

i.                    Introducción

ii.                  Esquema del circuito del micrófono

iii.                Partes del circuito del micrófono

iv.                Construyendo el circuito

v.                  Construcción de la cubierta del micrófono

vi.                Instalación del micrófono

INTRODUCCIÓN

La idea es registrar las vocalizaciones de las aves en migración nocturna. El reto técnico es maximizar la recepción del sonido proveniente del espacio arriba del sitio de grabación y minimizar la recepción del sonido del terreno alrededor de la estación (v.g. insectos, ranas, viento sobre la vegetación, ruido del tráfico, etc.).

Para lograr este objetivo, un micrófono debe tener una patrón de sensibilidad direccional y ser dirigido al cielo. Debido a que el dispositivo será expuesto al clima, éste debe ser a prueba de agua. También es importante considerar la protección contra el viento.

Un micrófono es un dispositivo que convierte las ondas acústicas en ondas eléctricas. Existe un número de técnicas para lograr esto, pero una de las más eficientes es el método del condensador. Básicamente, dos pequeñas placas cargadas eléctricamente son colocadas muy cerca, pero aisladas, una de otra. Una de las placas es montada de manera que esté expuesta al sonido. Esta placa está diseñada mecánicamente para ser muy sensible a los pequeños movimientos causados por la variación en la presión del aire provocada por las ondas de sonido entrantes. A medida que esta placa se mueve, la carga eléctrica que almacena también se mueve y este movimiento del campo eléctrico es captado y reflejado por la carga eléctrica de la otra placa. El resultado es una señal eléctrica que es un reflejo de la señal acústica entrante. Esta señal puede entonces ser amplificada y enviada a un dispositivo de grabación de audio o ser procesada para obtener información.

El dispositivo que convierte las ondas acústicas en ondas eléctricas utilizando el método del condensador es comúnmente llamado elemento de micrófono. Un micrófono completo se hace cuando un suministro de poder y otros elementos electrónicos son añadidos, y cuando se incorporan cubiertas específicas para modificar el patrón de sensibilidad del elemento del micrófono  

La direccionalidad del micrófono se logra de cuatro formas. Tres de estos métodos involucran el uso de cubiertas específicas para el elemento del micrófono. El primero, muy simple, utiliza un reflector parabólico (plato) para enfocar (concentrar) el sonido entrante en el elemento del micrófono. El segundo es llamado micrófono de escopeta. En éste, el elemento del micrófono esta colocado dentro de un tubo que tiene ranuras equidistantes en los lados. Esto provoca la producción de una interferencia de ondas dentro del tubo y la cancelación de los sonidos entrantes por las ranuras, esto es, por los lados de hacia donde está dirigido el micrófono. En efecto, esta cancelación de ondas de sonido incrementa la sensibilidad del micrófono en la dirección en la cual se apunta. El tercer diseño es llamado micrófono de presión (PZM, por sus siglas en inglés). En éste, el elemento del micrófono es colocado muy cerca de una frontera rígida. El sonido entrante es recibido en casi al mismo tiempo que su onda reflejada por la frontera, y el resultado es una duplicación de la presión acústica en la cercanía del elemento del micrófono. El tamaño de la frontera rígida determina el rango de frecuencias en el cual la presión acústica es duplicada. La frontera debe ser al menos tan amplia como la longitud de onda del sonido a ser duplicado. Fronteras múltiples pueden ser utilizadas para incrementar la ganancia en presión acústica. Un método adicional, pero más complejo, para lograr la direccionalidad es el uso de un micrófono de concentración. En éste, varios elementos de micrófono son colocados cercanos unos de otros en un plano y la señal recibida por cada elemento es procesada matemáticamente y sumada para determinar la forma del patrón general de recepción.

Simplicidad y funcionalidad son dos principios que han conducido el diseño de los siguientes micrófonos de presión para la grabación de llamadas de aves en vuelo nocturno.

ESQUEMA DEL CIRCUITO DEL MICRÓFONO

PARTES DEL CIRCUITO DEL MICRÓFONO

B1 - Batería estándar de 9V. RadioShack vende conectores para baterías de 9V con dos líneas. Parte #270-324 (or 325).

C1 - Condensador cerámico monolítico de 0.1 mF montado lo más cercano posible al elemento del micrófono. Este condensador funciona principalmente para limitar la interferencia producida por radiofrecuencias (RF). El circuito funcionará sin él, pero será más susceptible a la RF. Parte #272-135 en RadioShack; menos del US$2.00 por un paquete de veinte.

C2 - Condensador de tantalio sólido de 10 mF para desacoplar la resistencia de la batería - en otras palabras para suavizar las discontinuidades del suministro de poder. Parte #212-1436 en RadioShack; menos de US$2.00.

ELEMENTO DEL MICROFONO - Cualquier elemento de micrófono de electreto pequeño debe funcionar. RadioShack vende uno con una respuesta de frecuencia regularmente uniforme por aproximadamente US$4.00 (Part #270-092). Knowles Electronics, Inc hace uno con una respuesta de frecuencia especialmente apropiado para captar las llamadas en vuelo de aves migratorias en América. Ha reducido la sensibilidad debajo de 2 KHz que es útil para reducir el ruido del viento, tránsito y aviación. Además, este elemento tiene ya a C1 construido dentro de él. Si usted está interesado en obtener este elemento de micrófono de Knowles, póngase en contacto con Old Bird (admin@oldbird.org).

R1 - Resistencia pelicular de carbón de 3.3k, ~1/4 Watt. Este componente sirve para limitar el flujo de electricidad (amperaje) en el circuito. Parte #271-1328 en RadioShack, cuesta menos de un dólar por un paquete de cinco. El circuito funcionará sin la resistencia pero la vida de la batería se reducirá. Una batería estándar de 9V será efectiva por más de tres meses si el elemento del micrófono consume 0.5 mA o menos, como los demás elementos mencionados anteriormente.

Componentes electrónicos

Cable para audio - Un pedazo de 5 m (2 ft) de cable conductor doble. Éste llevará los canales de la tierra y la señal y se conectará con un cable más largo para llevar la señal de audio a su equipo de grabación. Existen muchas opciones de cables de variada calidad y precio. RadioShack vende cable para audio básico (Parte #278-513 o 514). Por US$8.00 usted puede obtener un pedazo de 15 m (50 ft). El cable para audio de la marca Canare, modelo L-4E6S, es de lo mejor entre las opciones de líneas que proveen eliminación superior de diversos ruidos electrónicos y es especialmente bueno cuando se requieren la longitudes que exceden los 30 m (100 ft). Es relativamente caro, arriba de US$1.30 por metro (US$0.40 por pie). Esta marca de cable tiene cinco conductores. Dos pares de conductores están enrollados juntos y una protección trenzada forma el conductor de la tierra. Cuando se usa esta marca en el circuito anterior, uno de los pares enrollados (el azul) se conecta al conductor de la tierra.

Conectores XLR (macho y hembra) - La conector macho es soldado a un extremo de un pedazo corto de cable para audio. La conector hembra es soldado a un extremo de un pedazo largo de cable para audio. RadioShack vende diversas variedades de conectores XLR. Se pueden ordenar también a Hudson Audio Visual. Cuesta alrededor de US$4.00 la pieza.

CONSTRUYENDO EL CIRCUITO

Alambres calibre 24 o 26 y un tablero de circuitos estándar perforado son útiles, pero no necesarios, para conectar los componentes. Para soldar las conexiones se recomienda una soldadura con núcleo de resina sin plomo. En este punto, usted puede conectar (soldar) todos los componentes del circuito juntos, excepto el elemento del micrófono y entonces proceder con la sección de construcción siguiente. Antes de soldar, tuerza juntos a los alambres conectores. Generalmente, se desea que cada conexión sea soldada rápidamente para no arriesgarse a dañar alguno de los componentes. Las fotografías inferiores ilustran como luce el circuito completo.

Sin tablero de circuitos     con tablero de circuitos

CONSTRUCCION DE LA CUBIERTA DEL MICROFONO

Antes de conectar el elemento del micrófono al circuito de suministro de poder, éste se monta en un plato de cocina. Rubbermaid manufactura platos de plástico de 25 cm (11 in) que pueden comprase en Kmart o otras tiendas. Este plato tiene una superficie plana de 15.5 cm (7 in) y el micrófono de presión que se forma teóricamente duplicará las ondas de sonido recibidas con una longitud de onda de 15.5 cm (7 in) o menores. Una longitud de onda de 2 Hz es de aproximadamente 16 cm (6.6 in), así, un micrófono que utiliza un plato de Rubbermaid duplicará la intensidad sonora de frecuencias mayores a 2 kHz. La mayor parte de las aves migratorias en América tienen llamadas con frecuencias mayores a 2 kHz.

Un pequeño orificio (0.2 cm/0.1 in de diámetro) es perforado a 3 cm (1.2 in) del centro del plato. Se puede usar un taladro eléctrico, pero una navaja de utilería (también llamada navaja para alfombra) con una punta de hoja aguda que puede usarse para perforar un orificio manualmente. Ésta última forma es más confiable ya que en ocasiones el taladro eléctrico puede romper el plato de plástico. El elemento del micrófono es montado en la superficie del plato usando un pedazo de cinta (la cinta eléctrica negra trabaja adecuadamente); los cables conectores del elemento del micrófono pasan a través del orificio y se conectan con el circuito de suministro de poder previamente construido. Unos pedazos de cinta gris (duck tape) pueden usarse para asegurar el circuito y la batería de 9V cerca del centro del fondo del plato.

Plato de cocina

Una parte crítica del diseño del micrófono es que sea a prueba de agua. Si el agua alcanza al elemento del micrófono, se dañará y el micrófono producirá un sonido estático. Una manera simple de proteger al micrófono contra el agua es conseguir un pedazo de envoltura plástica de alimentos y tensarlo sobre los bordes del plato. El exceso de envoltura se adhiere al lado opuesto del plato y forma un sello. Si la envoltura no se adhiere, puede ser sellada al plato en su lado de abajo con sellador de silicona o cualquier sustancia pegajosa (la trementina o la miel servirán). Una vez que la envoltura ha sido tensada cuidadosamente para formar un tímpano parecido a un tambor, y el exceso de envoltura plástica ha sido doblada bajo el plato, la cinta gris puede usarse para asegurarlo aún más. Una vez que la envoltura plástica está en su lugar, asegúrese que no hay orificios pequeños por los que el agua pueda entrar. La mayoría de las envolturas plásticas que se venden en los supermercados son de 12-13 pulgadas de ancho, apenas lo suficientemente ancho pero útil para la mayoría de los platos. Una envoltura plástica más ancha puede obtenerse en restaurantes o en tiendas proveedoras de restaurantes. La envoltura plástica no obstaculizará mucho la recepción del sonido (~3 dB a 8 kHz) y aguantará bien una temporada de migración (+4 meses). Será prudente remplazarlo antes de cada estación de uso.

Envoltura plástica de alimentos            tensado

Una vez que la protección contra agua está terminada, la unidad del plato está lista para ser montada encima y dentro de una combinación de maceteros de plástico. Kmart tiene una línea de maceteros (Serie Martha Stewart) que funciona adecuadamente para este propósito, pero otros modelos y aún otros tipos de contenedores ciertamente funcionarán. El macetero de plástico de 20 cm (8 in) de Kmart (producto # 40108, ~US$2.00) es volteado con el fondo hacia arriba y se usan unas buenas tijeras o un serrucho pequeño para cortar el fondo. El fondo del macetero ya tiene orificios para drenaje, por lo que puede cortar fácilmente de orificio a orificio. Esto deja un borde pequeño que es importante para colocar cuidadosamente una línea de sellador de silicona (la trementina o la goma de mascar son alternativas naturales) alrededor del mismo. Cuando se ha completado este paso, tome la unidad del plato y colóquela cuidadosamente encima de la nueva apertura del macetero, asegurándose de que el cable baje primero y que no dañe usted la integridad de la envoltura plástica. Una vez colocado en el macetero, asegúrese de que el plato está centrado sobre el macetero y que se ha hecho un buen sellado. Es importante que este sellado entre el macetero y el plato sea del 100% para que cuando eventualmente la lluvia caiga sobre el plato no drene hacia el circuito de suministro de poder montado en el fondo del plato.

Macetero   con plato

La fase final es montar la anterior combinación de plato y macetero en un macetero más grande. El macetero de 40 cm (16 in) de Kmart (producto #40116, ~US$8.00) funciona adecuadamente para este propósito. Si ya ha conectado el conector macho XLR en el extremo del cable para audio del micrófono entonces necesitará cortar un orificio de 2 cm (~1 in) en el fondo de este macetero. De otra manera, un orificio suficientemente grande para el cable puede ser cortado y el conector XLR puede ser soldado después. De cualquier manera, una vez que el orificio está cortado, introduzca la combinación de macetero y plato dentro del macetero más grande asegurándose de que el cable para audio pase a través de este nuevo orificio. Unas pequeñas gotas de goma de silicona u otra sustancia pegajosa similar tal como la goma de mascar puede pegarse en el fondo del macetero pequeño (su borde) para sostener a la combinación del plato y el macetero segura en su sitio dentro del macetero más grande.

El plato y los dos maceteros

El micrófono está casi completo. Una opción ahora es cubrir el interior del macetero con alguna clase de material absorbente acústico para que la recepción del sonido reflejado sea mínima. Muchas tiendas venden espuma con protuberancias parecidas a las de las carteras de huevo. Inserte un pedazo de esta espuma de 125 cm x 35 cm (3.7 ft x 14 in) alrededor del interior del macetero grande (40 cm) y recórtelo emparejándolo con la parte superior del macetero. Cualquier cosa que se use no debe ser tan grueso como para afectar el plato dentro del macetero. También debe sostenerse después de varias lluvias. La espuma de colchón mencionada se sostiene bien en presencia de agua pero comúnmente se estropean en unos años de exposición a la luz solar.

Inserción de espuma

Una vez que este material está en su lugar, todo lo que queda es obtener un pedazo de tela de algodón o de algodón-poliester delgada para cubrir la abertura del macetero grande. El objetivo es evitar que la basura, el granizo o la lluvia intensa rompan la envoltura de plástico de adentro. No se desea demasiado gruesa o impedirá la recepción del sonido. Jo Ann Fabric (una cadena de textiles en los EE.UU.) tiene una buena selección de telas delgadas pero fuertes. Tal vez desee buscar un material como una sábana o una funda de almohada, pero preferentemente con un tejido delgado que permita el paso de cierta cantidad de luz a través de él. Esta cubierta de tela puede cortarse para ajustarse sobre el macetero grande. Una cantidad extra de tela como de 4 cm (2 in) debe ser dejada para que cuelgue sobre los lados. Esta cubierta puede asegurarse tensamente al macetero con cinta gris o bien las pinzas para ropa (u otros sujetadores más fuertes) pueden funcionar adecuadamente. Si se usa cinta gris, y el micrófono va a estar en exteriores por varios meses o más, entonces es prudente sellar aún más la cinta gris con una cubierta de sello de silicona de 100% a lo largo de los bordes de la cinta gris. El micrófono está ahora listo para ser instalado.

Micrófono terminado

INTALACION DEL MICROFONO

Una ubicación típica de este micrófono es un techo con una vista abierta del cielo, arriba del ruido emitido por los insectos y las ranas. Una buena manera de montar el micrófono en el techo es obtener una plataforma de madera, utilizar una navaja de utilería para perforar orificios en cuatro lados del borde del macetero de plástico, y amarrar cuerdas tensadas desde estos orificios a la plataforma de madera para que se mantenga firme y no se mueva con el viento. El cable para audio se lleva hacia dentro de una construcción al equipo de grabación de audio o a la computadora donde la señal puede registrarse o procesarse para llamadas de aves.

Micrófono instalado en el techo