ESCOLHA e OPERAÇÃO DE SISTEMAS DE MICROFONE SEM FIO

INTRODUÇÃO

Os muitos usos dos sistemas de microfone sem fio vão desde o entretenimento ao vivo até comunicações em órbita terrestre. Podem incluir dispositivos desde um sistema simples como o “Mr. Microphone” até sistemas de parques temáticos com até 60 canais. Estes sistemas podem evocar visões de liberdade nos usuários em potencial, e lembranças de antigos desastres em engenheiros de som veteranos. Em todas as suas formas, os sem fio tornaram-se um fato da vida para as pessoas que projetam e usam sistemas de áudio. Com o crescente uso de sistemas de microfone sem fio surgiu a necessidade de maior quantidade e qualidade de informações sobre o assunto. O objetivo deste guia é limitado aos sistemas de microfone sem fio usados em aplicações de áudio. Presumese que o leitor tenha certa familiaridade com áudio básico. Entretanto, uma vez que sistemas de microfone sem fio estão sujeitos a certos princípios gerais de rádio, incluímos também algumas informações sobre rádio básico. Embora haja similaridades entre transmissão de som e transmissão de rádio, muitas das características dos sistemas de rádio não são nem análogas aos sistemas de áudio, nem tampouco intuitivas. Mesmo assim as idéias chave, embora talvez novas, são relativamente simples. O objetivo deste guia é proporcionar ao leitor interessado informações adequadas para permitir a escolha de equipamentos sem fio adequados para uma dada aplicação, e a usar aquele equipamento com sucesso. Além disso, espera-se que os fundamentos apresentados aqui forneçam a usuários regulares de sem fio uma moldura que os ajude a entender mais profundamente esta tecnologia em evolução. Este guia é apresentado em duas partes: como os sistemas de microfone sem fio funcionam, e como fazer com que sistemas de microfone sem fio funcionem. A primeira parte é uma introdução técnica aos princípios básicos do rádio e às características dos transmissores e receptores sem fio. A segunda parte discute a prática de escolha e operação de sistemas de microfone sem fio para aplicações gerais e específicas. As duas partes foram feitas para serem independentes. A primeira deverá ser de interesse para aqueles que especificam ou integram equipamentos sem fio profissionais, enquanto que a segunda parte será útil a qualquer pessoa que trabalhe regularmente com sistemas de microfone sem fio.

Técnicas de captação estéreo

As técnicas de captação em estéreo são utilizadas quando queremos registrar e/ou reproduzir a sensação de espaço que envolve nossa percepção auditiva de um evento acústico. Todos os elementos devem ser considerados, desde a reprodução das imagens lateral e central, passando pela sensação de profundidade ou distância e ainda pela sensação acústica de envolvimento com o ambiente, que normalmente é representado por reverberação. O Surround faz com que essa experiência seja ainda mais real e conta com o auxilio dos efeitos de psicoacústica causados principalmente pelas defasagens.

Há quatro grupos principais de técnicas utilizadas:

• Par Coincidente (X-Y, M-S e Blunlein)
• Pares espaçados (A/B, 3x1, Deca Tree)
• Par quase Coincidente (ORTF)
• Cabeça Artificial (Dummy Head)

X-Y

Está técnica requer dois microfones direcionais idênticos, normalmente Cardióides. As cápsulas devem estar muito próximas - de preferência sobrepostas - formando ângulos que podem virar entre 90 e 130°. Quando montados de maneira correta, o resultado de sua soma em mono deve sofrer um acréscimo de até 6 dB na amplitude do sinal, sem cancelamento de fase.

M-S

Consiste também em dois microfones, um direcional apontado para o centro em direção à fonte sonora e outro, figura 8, com seu eixo rotacionado 90° em relação ao microfone do centro. O microfone figura 8 deve ter seu sinal duplicado com os controles de PAN completamente opostos; um 100% para esquerda e o outro 100% para a direita. O canal que tiver o PAN totalmente virado para a direita deve sofrer uma inversão de polaridade para que haja imagem estéreo quando somado ao microfone central. Assim a codificação MS ficará: M+S= L, enquanto que M-S=R.

Blumlein (Duplo 8)

Blumlein foi o precursor de todas as técnicas de captação que conhecemos hoje. Foi o primeiro a realizar  experiências com a captação quadrifonica que por sua vez é a antecessora do surround. A técnica do duplo 8 utiliza obviamente dois microfones bi-direcionais (figura 8) no mesmo ponto, só que rotacionados 90°entre si. Usa-se a mesma condição de sinais do M-S só que para dois microfones. Essa técnica tem bons resultados quando usamos distancias muito próximas. Tem uma separação de canais maior do que a técnica x-y e é um dos alicerces do surround.

Pares espaçados

A-B

Dois microfones idênticos são posicionados a uma mesma distância do centro da imagem. A imagem estéreo vem da defasagem e das diferenças de amplitude e resposta de freqüência dos sinais que chegam aos dois microfones. Não são compatíveis em mono, mas podem produzir imagens grandiosas de acordo com a interação com a fonte sonora.

3x1

Usa basicamente o mesmo princípio do A-B só que com uma regra de posicionamento e distância entre as cápsulas. Se um dos microfones estiver a 1 metro da fonte sonora, o outro também deverá estar, mas entre eles a distância deve corresponder a 3 vezes esse valor; neste caso, 3 metros.

Deca Tree

Criado pelos estúdios Deca, utiliza microfones direcionais numa combinação de distâncias e posicionamento que oferecem ao mesmo tempo as sensações de estereofonia e profundidade. É a técnica que mais se aproveita para as captações surround e guarda a mesma distância entre os microfones num arranjo em "arvore"

Par quase Coincidente (ORTF - Office de Radiodiffusion - Television Française)

Desenvolvida pela ORTF especialmente para a transmissão de concertos de música clássica, essa técnica que leva ao mesmo tempo o nome de seus criadores, utiliza normalmente dois microfones cardióides que podem ser angulados entre 70° e 140° e espaçados de 17 cm a 21 cm. A idéia é reproduzir a defasagem existente entre nossos ouvidos.

Cabeça artificial (Dummy Head)

O objetivo é tentar simular ao máximo o processo que envolve a nossa audição, literalmente copiando uma cabeça humana e colocando microfones em seus "ouvidos". A cabeça artificial simula inclusive, os cancelamentos de fase causados pelas reflexões da orelha. Na resposta de freqüência desse tipo de microfone nota-se um forte cancelamento na região dos agudos. Quando ouvimos de fones, essa técnica mostra uma realidade impressionante "enganando"perfeitamente o nosso cérebro.

Modelo de Dummy Head

Direcionalidade dos Microfones (padrão polar)

A resposta direcional é a maneira pela qual o microfone responde  a sons vindos de diferentes direções. A resposta direcional de um microfone é registrada normalmente em um diagrama polar. Este diagrama mostra o nível de pressão “percebido” pelo microfone vindo de todos os ângulos, em diferentes faixas de freqüência.

De forma geral, isso não depende do tipo de construção dos microfones, mas na maioria dos casos, a forma de construção pode influenciar o resultado e o tipo de padrão polar daquele microfone.

O padrão polar de um microfone pode determinar sua utilização para diferentes aplicações. Abaixo temos diferentes tipos de diagramas polares dos microfones.

Cardióide

Supercardióide

Hipercardióide

Figura 8 ou Bidirecional

Ominidirecional

Os microfones omnidirecionais captam o som de todas as direções de maneira praticamente igual. Funcionarão igualmente bem tanto quando apontados para longe quanto apontados na direção do tema, se as distâncias forem iguais. No entanto, até mesmo os melhores modelos omni tendem a se tornar direcionais em freqüências mais elevadas; assim, o som que vem por trás pode parecer um pouco mais “embotado” do que o que vem pela frente, embora pareça igualmente “alto”.

O tamanho físico do microfone omnidirecional tem relação direta com a manutenção de suas características omnidirecionais em freqüências muito elevadas. O corpo do microfone simplesmente bloqueia os comprimentos de onda mais curtos das altas freqüências que chegam por trás. Por isso, quanto menor o diâmetro do corpo do microfone, mais ele pode se tornar verdadeiramente omnidirecional.

Shotgun

Os microfones direcionais são especialmente projetados para responder melhor a sons que vêm pela frente (e por trás, no caso dos bidirecionais), tendendo a rejeitar sons que chegam de outras direções. Esse efeito também varia com a freqüência, e somente os melhores microfones são capazes de proporcionar rejeição uniforme em uma ampla gama de freqüências. Essa capacidade direcional geralmente é resultado de aberturas externas e passagens internas no microfone, que permitem que o som alcance os dois lados do diafragma de maneira cuidadosamente controlada. O som que chega pela frente do microfone ajudará a movimentar o diafragma, enquanto o som que chega pela lateral ou por trás cancelará o movimento.

Exemplo supercardióide

Microfone

O microfone é um transdutor que converte o som em sinais elétricos. A invenção do microfone prático foi crucial para o desenvolvimento inicial do sistema telefônico. Em 4 de março de 1877 Emile Berliner inventou o microfone, porém, o primeiro microfone utilizável foi o inventado por Alexander Graham Bell. Muito do desenvolvimento inicial no desenho dos microfones foi alcançado nos Laboratórios Bell.

Emile Berliner

Tipos de Microfone

1 – Microfones Dinâmicos

Bobina Móvel

Sempre que movimentamos um fio condutor dentro do campo magnético de um imã, ocorre a indução de tensão elétrica e aparece corrente em suas extremidades. O microfone dinâmico é o que mais se assemelha a um alto falante. Consiste em uma membrana ou diafragma, acoplado a uma bobina de fio muito fino, mergulhada em um campo magnético de um imã fixo. O diafragma é sustentado por uma suspensão elástica. Quando esse conjunto se move devido a vibração de pressão do ar – normalmente causado por uma onda sonora – aparece no fio da bobina uma variação de corrente semelhante ao movimento mecânico sofrido pelo conjunto, pois sempre que se movimenta um fio condutor dentro do campo magnético gerado por um imã, ocorre indução de tensão elétrica e aparece corrente nas extremidades desse fio.

A massa do conjunto (diafragma + bobina) e a elasticidade limitada da suspensão impedem que variações muito pequenas de pressão consigam colocá-lo em movimento. Por este motivo, o microfone dinâmico não tem boa sensibilidade e não consegue reproduzir fielmente sons de baixa intensidade.

A habilidade dos microfones responderem a sinais de altas freqüências depende da velocidade de reação do sistema móvel. Quanto mais pesado for o conjunto, mais difícil será, para ele, vencer a inércia e colocar-se em movimento.

Microfone de Fita

O inconveniente da “dureza” dos microfones dinâmicos levou os projetistas a criarem uma variação desse tipo de microfone. Foi ai que surgiu o microfone de fita.

O diafragma foi substituído por uma finíssima fita corrugada de metal – inicialmente alumínio – que fica suspensa pelas pontas, dentro de um campo magnético de um imã. O sinal elétrico gerado é pequeno se comparado com os microfones dinâmicos de Bobina Móvel, mas como a massa do conjunto móvel é menor, os microfones de fita possuem baixa condição inercial. Entretanto, são menos robustos, visto que a fita é estirada verticalmente e por isso sujeita a grande variações de pressão, o que pode facilmente arrebentar a fita. Além disso, um transformador na saída é necessário para dar ganho e corrigir a impedância do sistema.

A resposta de freqüência é mais “flat” em relação aos dinâmicos de Bobina Móvel, mas microfones de fita podem apresentar picos de ressonância geralmente em freqüências mais baixas.

Um dos primeiros microfones de fita RCA PB-31

2 – Microfones Condensadores

Neumann TLM 103

 O microfone condensador utiliza outro principio para a conversão de pressão sonora em variação de corrente elétrica. Nele há duas placas metálicas que são eletricamente carregadas; uma delas atua como um diafragma – e, portanto, pode se mover com a variação de pressão – a outra é fixa. Quando colocamos duas placas metálicas paralelas com o dielétrico (isolante) entre elas, criamos na verdade um capacitor. A variação da pressão sonora faz com que a placa móvel entre em movimento, alterando o espaço entre as duas placas. Isso provoca variação da capacitância, gerando uma diferença de potencial elétrico, que pode ser amplificada para um valor utilizável.

Para aumentar essa pequena voltagem, uma válvula ou um transistor podem ser utilizados como pré amplificadores. É justamente por isso que podemos ter microfones valvulados ou transistorizados. Ambos não passam de microfones condensadores, com o estágio de pré-amplificação embutidos no próprio microfone. É justamente ai que entra o Phantom Power: para alimentar o circuito eletrônico do pré-amplificador e para carregar as placas do capacitor, polarizando-as.

Microfones condensadores são extremamente eficientes e têm alta sensibilidade, pois a placa metálica, que funciona como diafragma, é na verdade, uma película de plástico banhada por uma fina camada de metal condutor – normalmente ouro – tornando-a muito leve. Isso também faz com que a velocidade de reação desse tipo de microfone seja muito rápida, oferecendo melhor resposta a transientes e às altas freqüências. Hoje em dia talvez sejam os microfones mais utilizados em diversas aplicações, pois as novas tecnologias utilizadas na fabricação dos pré-amplificadores possibilitam exposições a pressões sonoras superiores a 140 decibéis.

Neumann. Referência mundial.

Eletreto

A principal diferença entre um microfone condensador e o eletreto, é que este último usa uma polarização permanente nas placas que formam o capacitor. Isso evitaria a necessidade de Phantom Power, não fosse a existência do pré-amplificador.

A vantagem é que eles podem ser construídos em tamanhos muito reduzidos e por isso, são microfones mais utilizados em gravadores portáteis. Um dos problemas dos eletretos é que eles perdem a carga a longo prazo. Também podem ser chamados de “Permanently-Biased Condenser”.

Gravador Tascam

Características de Overload

Um microfone pode produzir distorções ao receber altos níveis de pressão sonora. Em microfones dinâmicos isso pode acontecer quando a bobina é deslocada para fora do campo magnético do imã; em um condensador o amplificador interno pode “saturar”. Distorções constantes podem danificar permanentemente o diafragma, atrapalhando sua performance. No caso de um microfone de fita, a fita pode ser esticada e até rasgada, inutilizando-a permanentemente.

Espero ter ajudado e futuramente nos aprofundaremos mais na direcionalidade e nos tipos de figura de captação.