Micrófono y altavoz
RUBIO MICHAVILA, CONSTANZA - CANDELAS VALIENTE, PILAR - CERDA BOLUDA, JOAQUIN - GIMENEZ VALENTIN, MARCOS HERMINIO - HERNANDEZ FENOLLOSA, MARIA DE LOS ANGELES
Introducción
- Micrófono
- Altavoz
Un micrófono es un dispositivo que transforma las ondas sonoras en energía eléctrica, para su posterior amplificación. Consiste esencialmente en un diafragma unido a una bobina situada en el campo magnético de un imán permanente. Su funcionamiento se basa en la inducción electromagnética. La onda de sonido llega al diafragma, una fina membrana unida a una bobina cuyo núcleo es un imán permanente que produce un flujo magnético a través de la misma. La onda sonora, onda mecánica, hace vibrar la membrana, por lo que la bobina unida a ella también vibrará. Este movimiento provoca una variación del flujo magnético provocado por el imán permanente a través de la bobina. Tal y como indica la ley de Faraday, esa variación de flujo provocará una tensión inducida que es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde.
Lenz plantea que las tensiones inducidas son de un sentido tal que se oponen a la variación del flujo magnético que las produce
Un altavoz es un transductor electro-acústico que se utiliza para reproducir sonido. La transformación se lleva a cabo en dos etapas, en la primera, convierte la señal eléctrica en energía mecánica y en la segunda, convierte esta energía mecánica en ondas acústicas de frecuencia audible. En resumen, la transformación que realiza es eléctrica-mecánica-acústica.
La figura 2 muestra los elementos más importantes de un altavoz dinámico (de bobina móvil). En la parte de la derecha podemos observar el cono donde se encuentra la membrana móvil. El cuello del altavoz está incrustado entre los polos N y S de un imán permanente en forma de corona circular. La imagen de la derecha representa la sección, en la que se observa el tercer elemento clave: una bobina en el cuello del altavoz, incrustada entre los polos N y S del imán permanente que acabamos de mencionar. El principio físico en el que se basa el funcionamiento del altavoz es la fuerza magnética que actua sobre corrientes eléctricas que están inmersas en un campo magnético.
Las figuras 3 y 4 muestran un esquema con el principio de funcionamiento de este dispositivo. La señal que viene del equipo de música es una señal alterna que se introduce a la bobina del altavoz, y cuyo sentido de circulación se representa mediante puntos y cruces en la figura 3. Esa corriente está inmersa en el campo magnético que produce el imán permanente y cuyas líneas de campo van de polo N al S: flechas rojas de la figura 3. Bobina Imán permanente Membrana Imán permanente Si aplicamos la regla de la mano derecha concluimos que en este instante de tiempo hay una fuerza F que desplaza la bobina hacia la izquierda. Como la bobina está adherida a la membrana del cono, ésta también se desplazará hacia la izquierda
Como la señal es alterna, cambiará de sentido en cada ciclo. Cuando lo haga, como el campo magnético permanece constante, al aplicar la regla de la mano derecha, la F resultante será en este caso hacia la derecha, moviéndose bobina y membrana hacia la derecha. La corriente cambia de sentido tantas veces por segundo como indique su frecuencia, produciendo que la membrana vibre a derecha e izquierda el mismo número de veces por segundo, moviendo las partículas de aire que tiene delante y produciendo una onda sonora de la frecuencia correspondiente. De esta forma la onda mecánica se propagará por el espacio hasta nuestros oídos, y escucharemos el sonido producido por el altavoz.
Objetivos
Visualizar gráficamente en 3D, el funcionamiento de un micrófono dinámico y un altavoz.
Instrucciones
Este laboratorio se ha implementado como una app para que se pueda ejecutar en un móvil o tablet. Hay que tener en cuenta que se trata de un modelo simplificado de micrófono y altavoz dinámicos, en el que se visualizan los elementos más importantes de ambos, y se puede entender fácilmente el principio de funcionamiento.
La aplicación tiene varios controles, a los que se accede con el botón 
que aparece en el margen izquierdo de la pantalla.
Hay un control de pausa que permite paralizar la escena para que el usuario pueda desplazarse por los distintos elementos (arrastrando la imagen de la aplicación con el ratón), hacer zoom con la rueda del ratón si lo ve conveniente, y observar los detalles de cada dispositivo. Cuando se pulsa el botón de play se observa la escena animada, en la que Amanda está cantando, las ondas de sonido se propagan hasta el micrófono, cuya salida está conectada a un amplificador que proporciona la señal de entrada al altavoz que está escuchando Jota (figura 6). La señal que se induce en la bobina del micrófono está representada en función del tiempo, marcándose en el esquema el sentido de circulación de la corriente en tiempo real (figura 7). Figura
Se puede elegir como señal de entrada al altavoz una senoidal predefinida o definir tu propia señal con la barra deslizable de la derecha (amplitud de onda). Ver figura 8
El usuario también puede ver el interior del altavoz pulsando el control marcado en la figura 9
El usuario puede variar el punto de vista para poder ver con detalle los distintos elementos, por ejemplo, la membrana del altavoz (figura 10). También puede hacer zoom para ampliar la zona de interés.
Con el botón 
se quitan los controles de la pantalla, y con el 
se muestra la información básica.
Actividades Propuestas
- Actividad 1:
- Actividad 2:
- Actividad 3:
En modo “play”, elige la opción de señal senoidal como señal de entrada al altavoz, marca la opción que te permite vez el interior del altavoz, y observa los cambios sucesivos en el sentido de la corriente alterna. Comprueba que su frecuencia coincide con la de vibración de la membrana del altavoz
En modo “play”, elige la opción de señal manual como señal de entrada al altavoz y marca la opción que te permite vez el interior del altavoz. Con la barra deslizable del margen izquierdo varía la amplitud de la señal de entrada al altavoz como consideres conveniente y observa los cambios que produces en el sentido de la corriente alterna. Comprueba también que esos cambios se traducen en el desplazamiento de la membrana del altavoz.
En modo “play”, elige la opción de señal manual como señal de entrada al altavoz y marca la opción que te permite vez el interior del altavoz. Con la barra deslizable del margen izquierdo deja la amplitud de la señal de entrada al altavoz constante y comprueba que no existe desplazamiento de la membrana del altavoz.