I. PORTADA

UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBATO

Facultad de Ingeniera en Sistemas, Electrnica e Industrial

Ttulo: Transductores de Telfono.

Carrera:Ingeniera Electrnica y Comunicaciones rea Acadmica:Fsica y Electrnica

Lnea de Investigacin:Sistemas Electrnicos Mdulo:Optativa I

II. Informe #01

1.1 Ttulo

Transductores de Telfono.

1.2 Objetivos

General Comprender que es un transductor de telfono.Especficos Analizar el micrfono como transductor telefnico. Investigar que son los auriculares como transductores de telfono. Comprender que funcin realiza cada elemento de los transductores de telfono.

1.3 Resumen

La transmisin de sonido a travs de un conductor supuso la invencin de algo capaz de convertir la voz (ondas sonoras) en impulsos elctricos, transportarlos por el cable y transformarlos de nuevo en sonidos fonticos.

Las partes fundamentales son: El micrfono: Al hablar producimos ondas sonoras que generan diferentes presiones sobre un diafragma y las oscilaciones de este comprimen unos granitos de carbn de forma que vara su resistencia, y por lo tanto, genera una corriente de ms o menos intensidad en funcin de la presin ejercida sobre la membrana. El auricular: La corriente es recibida por un electroimn capaz de provocar el movimiento de un diafragma que al vibrar reproduce el sonido. La central telefnica: es la encargada de la conexin emisor-receptor

1.4 Palabras clave:

Transductor: Es un dispositivo capaz de transformar o convertir una determinada manifestacin de energa de entrada, en otra diferente a la salida, pero de valor muy pequeos en trminos relativos con respecto a un generador.

Telegrafa: Es la transmisin a larga distancia de mensajes escritos sin el transporte fsico de cartas, originalmente sobre cables.

Ancho de Banda: Es la longitud, medida enHz, del rango de frecuencias en el que se concentra la mayor parte de la potencia de la seal. Puede ser calculado a partir de una seal temporal mediante elanlisis de Fourier

1.5 IntroduccinAlrededor del ao 1857 Antonio Meucci construy un telfono para conectar su oficina con su dormitorio, ubicado en el segundo piso, debido al reumatismo de su esposa. Sin embargo careca del dinero suficiente para patentar su invento, por lo que lo present a una empresa (Western Unin, quienes promocionaron el invento de Graham Bell) que no le prest atencin, pero que, tampoco le devolvi los materiales. Al parecer, y esto no est probado, estos materiales cayeron en manos de Alexander Graham Bell, que se sirvi de ellos para desarrollar su telfono y lo present como propio.El 11 de junio de 2002 el Congreso de los Estados Unidos aprob la resolucin 269, por la que reconoci que el inventor del telfono haba sido Antonio Meucci y no Alexander Graham Bell. [1]0

1.6 Marco Terico

Para qu fueron construidos los transductores?Se necesitaba que un transductor tuviera una respuesta fiel y precisa dentro de un amplio margen de frecuencias. En telegrafa el pulsador telegrfico es el transductor porque interrumpe o permite el paso de corriente en respuesta al movimiento de la mano del telegrafista. El transductor en el otro extremo del circuito telegrfico es un zumbador que suena cuando hay circulacin de corriente. Existen dos tipos de transductores que son: Micrfonos y Auriculares. [2]

MICRFONOEs un transductor acstico - elctrico ya que permite convertir una forma de energa en otra. Su funcin es la de actuar como vnculo electromecnico entre el medio acstico, donde se desarrolla la msica o la locucin, y el medio elctrico donde se almacena, procesa o distribuye la seal.

Requerimientos bsicos de un micrfono: Ancho de banda completo (20 Hz 20 KHz). Que no genere alteraciones en el sonido captado. Rango dinmico completo (sin lmites), minimizacin o ausencia de ruido propio.

Ruido Propio o nivel de ruido equivalente: es el ruido elctrico o hiss que produce un micrfono. Si el nivel de ruido propio es menor o igual a 18 dB es excelente, si est alrededor de 28 dB es bueno y si est alrededor de 35 dB es malo.

Especificaciones de un micrfono: Genesis de la transduccin. Sensibilidad. Impedancia. Respuesta en Frecuencia. Directividad. Relacin seal / ruido.

De acuerdo a la gnesis del principio de transduccin:

Micrfonos de presin:Sistema de cpsula en el cual slo una cara del diafragma est expuesta al campo sonoro. El diafragma es sensible a las variaciones de presin sobre la superficie, sin importar la ubicacin de la fuente dando como resultado un diagrama polar omnidireccional.

Micrfonos de gradiente de presin:La cpsula de gradiente de presin es similar a la anterior, excepto que se crea un orificio en la parte posterior del diafragma (cavidad interna), permitiendo el ingreso de energa acstica por este ltimo. As, el movimiento resultante del diafragma ser funcin del diferencial de presiones entre la (presin) frontal y la (presin) trasera, lo que se llama transduccin del gradiente de presin.

Sensibilidad:Es el nivel de salida en Voltios [V] que un micrfono es capaz de producir, para una seal de entrada normalizada en niveles de presin sonora [dB SPL] y expresada en decibeles. La sensibilidad relativa de un micrfono es funcin de la direccin de la cual capta la seal acstica. El patrn direccional de un micrfono o patrn polar, es decir la sensibilidad que presenta para cada direccin del campo, suele especificarse mediante un diagrama polar, que se confecciona mediante una serie de crculos concntricos, los cuales indican el valor en dB, mientras que el ngulo de los radios, medido en grados sexagesimales, muestran la orientacin de la fuente y el valor registrado en este grfico es la sensibilidad a dicha direccin de arribo de la informacin.

Los micrfonos omnidireccionales (A) utilizan dispositivos transductores de presin que responden (casi) idnticamente a las distintas orientaciones. Los micrfonos direccionales son dispositivos que utilizan transductores de gradiente de presin, tienen una sensibilidad no uniforme en funcin del ngulo de incidencia del sonido y sepueden subdividir en: Bidireccional o Figura Ocho (B), Cardiodes (C), supercardiodes (D), hipercardiodes (E).

Impedancia:Micrfonos de alta impedancia (20 K - 50 K) Susceptibles a inducciones de ruidos electrostticos y electromagnticos, tales como los producidos por tubos fluorescentes, motores, etc. Para longitudes mayores a los cinco metros la capacidad distribuida del cable en conjunto con la alta impedancia de la cpsula, es suficiente para atenuar las seales de alta frecuencia funcionando como un filtro pasa bajos. Este es uno de los motivos por los que se han dejado de utilizar este tipo de micrfonos.

Micrfonos de baja impedancia:Los micrfonos dinmicos generalmente de mayor uso tienen baja impedancia: (50 - 600.) Muy bajas prdidas de alta frecuencia, an cuando se los utilice con cables de varias decenas de metros. Menos susceptibles a la induccin de ruidos por campos electromagnticos o electroestticos. Esto ltimo se soluciona casi por completo utilizando lneas (bien) balanceadas. Todo esto permite utilizar cables de gran longitud.

Generalmente las entradas de micrfono de las consolas profesionales tienen impedancias que superan hasta 10 veces la del micrfono. Esto se hace para que el micrfono minimice la corriente sobre su salida y produzca la mxima tensin posible. Cabe recordar que la transmisin de la informacin (elctrica) de audio se realiza por medio de la transferencia de tensiones entre una etapa y la siguiente, salvo en la amplificacin de potencia donde la transferencia es de energa entre la etapa de salida del amplificador y el parlante.

Tipos de micrfono segn el tipo de transduccin:

Micrfono de carbn:Fue inventado por Thomas A. Edison. Es un dispositivo de presin, que transduce de las variaciones de la resistencia de contacto entre granos de carbn (que se comprimen o expanden bajo la accin de la presin sonora) en variaciones de tensin a su salida.

Se halla compuesto por una cpsula metlica, llamada botn, rellena de grnulos de carbn, cubierta por un diafragma de aluminio.

Caractersticas: Alta sensibilidad (no necesita amplificador de audio). Limitada respuesta en frecuencia (rango vocal). Gran distorsin. Ruido o soplido, debido a la variacin de resistencia entre los contactos.

Son un ejemplo los micrfonos situados en las bocinas de los telfonos antiguos.

Micrfonos cermicos y de cristal:Tambin conocidos como piezoelctricos, estos son determinados compuestos cristalinos que funcionan de acuerdo al principio de generacin de diferencias de potencial elctrico ante una accin mecnica de deformacin a lo largo de uno de sus ejes.

Caractersticas generales: Alto nivel e impedancia de salida. Razonable respuesta en frecuencia entre 80 Hz y 6500 Hz. Se deterioran muy fcilmente con niveles altos de temperatura y humedad. Son de tamao relativamente pequeo.

Micrfonos dinmicos:Funcionan bajo el principio de generar una tensin de salida mediante induccin electromagntica sobre un conductor circulante dentro de un campo electromagntico que corta lneas de fuerza.stos pueden ser de bobina mvil y de cinta

A = Diafragma. B = Bobina mvil. C = Imn y circuito magntico.Los micrfonos dinmicos transducen la informacin acstica por gradiente de presin o velocidad por lo que su captacin presenta patrones direccionales.

Caractersticas generales: Muy confiable y robusto. Adecuado para uso en interiores y exteriores. Posibilidad de varios diagramas de captacin. Sensible a campos magnticos externos. Mayor tamao en relacin con un transductor a condensador. Baja impedancia de salida. Extenso rango de respuesta en frecuencia. Ruido interno nulo.

AURICULARSon transductores de electricidad a audio es decir reciben una seal elctrica y la convierten en una magnitud sonora, para hacer esto, la unidad requiere una unidad motora que transforme las ondas elctricas en vibracin, y un diafragma que mueva el suficiente aire para hacer el efecto audible. El diafragma es uno de los principales problemas del diseo de un altavoz, porque debe ser muy rgido, muy ligero y libre de resonancias.

Tipos:

El transductor MOVING-COILEste utiliza el principio moving-coil se caracteriza por tener una buena linealidad, una resonancia controlable ya que la vibracin es muy pequea y tambin se caracterizan por su ligereza ya que la unidad moving-coil puede utilizar un diafragma de cualquier tipo de material. Un problema de todos los altavoces es que la unidad que reproduce las frecuencias bajas necesita un cono de suspensin libre y debe ser capaz de reproducir grandes amplitudes de movimiento (del orden de 1 cm o ms) y es muy difcil asegurar que la densidad de fluido magntico alrededor del moving-coil es uniforme sobre estas instancias.Una variable del principio moving-coil, es el principio electrodinmico, este utiliza un diafragma que dentro tiene una bobina usando tcnicas de circuitos impresos. Esta bobina puede ser de diseo espiral o de una forma ms compleja (para obtener una mejor linealidad), y la ventaja de este mtodo es que la fuerza conductora esta distribuida ms equitativamente sobre la superficie del diafragma. Esto evita la separacin del cono y permite el uso de diafragmas ms flexibles que no sera posible de otra manera. Los auriculares basados en este principio tienen una excelente calidad.

Altavoces RIBBON:El principio ribbon es utilizado para suministrar la accin del altavoz. El elemento mvil de un altavoz ribbon es necesariamente pequeo, y por esta razn, la unidad es un tweeter (altavoz de alta frecuencia) en vez de uno de alcance total (full-range). La construccin del ribbon, no obstante, ofrece una respuesta muy direccional y puede ser construida su envoltura en forma de cuerno , lo cual lo convierte en un eficiente transductor comparado con otros.

Figura 1: Esquema de un altavoz RIBBONAltavoces piezoelectricos:El principio piezoelctrico ha sido utilizado en la construccin de tweeters .y tambin para los auriculares, en forma de lminas plsticas piezoelctricas las cuales se pueden formar dentro de diafragmas muy flexibles. El efecto de la aplicacin de un voltaje entre las caras de dicho diafragma es que disminuyen las dimensiones y la expansin, y esto puede convertirse en un movimiento que mover el aire dando forma al diafragma como parte de la superficie de una esfera. Esto por ejemplo se puede hacer de una manera muy simple estirando el material sobre una pieza esfrica de espuma. La masa mvil es muy pequea y la sensibilidad es alta, sin necesidad de la aplicacin de una fuente de energa. La linealidad que puede ser obtenida depende de la forma de la superficie al igual que de las caractersticas piezoelctricas.

Transductores capacitivos:La ventaja que hace que el principio del altavoz electrosttico sea tan atractivo es que el esfuerzo de conduccin no es aplicado en un punto en el centro de un cono o diafragma, sino en toda la superficie. De esta manera no hay problema de separacin, ya que todas las partes del diafragma estn conducidas, y as una sola unidad puede manejar todo el rango de audio. Las resonancias no presentan un problema, debido a la conduccin global, y a la no necesidad de una envoltura especial. El diseo original Quad aunque ha sido rediseado recientemente, sigue los principios originales y proporciona una gran calidad, particularmente usado en las salas de conciertos.El diseo ms reciente utiliza el principio point-source (fuente puntual), que se consigue conduciendo el diafragma como un conjunto de crculos concntricos.los cuales no estn en fase. De esta manera la onda sonora creada surge de un punto detrs del diafragma, y el efecto prctico de esto es hacer que el sonido parezca ser independiente del altavoz.

Figura 2: Principio point-source (fuente puntual)

Transductor de salida:Es el elemento tcnico que cumple la funcin inversa al transductor de entrada, transformando la seal elctrica en seal sonora para poder transmitirla al odo humano. Existen dos tipos de transductores de salida: auricular y pastilla sea. El auricular convierte la energa elctrica en acstica, en sonido. Al igual que los micrfonos, realiza un pasaje intermedio a energa mecnica aunque de manera inversa a ellos: de la seal elctrica que reciben se obtiene una mecnica que es el movimiento del aire. Este movimiento lo produce un diafragma que recibe la seal elctrica y que est dentro del auricular. La pastilla sea es el otro tipo de transductor de salida y convierte en vibraciones la energa elctrica en la que fue convertido el sonido. Es decir, no la convierte nuevamente en sonido sino en movimientos. Este tipo de elementos es utilizado por personas hipoacsicas con severas prdidas auditivas.

La diferencia entre un auricular y la pastilla sea es que esta ltima posee unida a la carcasa su diafragma. Esto permite que, cuando el diafragma vibre lo haga todo el conjunto de elementos que forman la prtesis auditiva. Este tipo de prtesis se ubica sobre la cabeza del paciente, detrs de su oreja.

Electrosttico:Conductores electrostticos consisten en una membrana cargada elctricamente delgada, normalmente una membrana de pelcula PET recubierto, suspendido entre dos placas de metal perforadas. La seal de sonido elctrica se aplica a los electrodos creando un campo elctrico; dependiendo de la polaridad de este campo, el diafragma se desplaza hacia una de las placas. El aire es forzado a travs de las perforaciones; combina con una seal elctrica de forma continua cambiando de conduccin de la membrana, se genera una onda de sonido. Auriculares electrostticos son generalmente ms caros que los de bobina mvil, y son relativamente infrecuentes. Adems, se requiere un amplificador especial para amplificar la seal para desviar la membrana, que a menudo requiere potenciales elctricos en el rango de 100 a 1000 voltios.Debido a la membrana de diafragma muy fino y ligero, a menudo slo unos pocos micrmetros de espesor, y la ausencia total de movimiento metalurgia, la respuesta de frecuencia de los auriculares electrostticos generalmente se extiende muy por encima del lmite audible de aproximadamente 20 kHz. La respuesta de alta frecuencia significa que el nivel de distorsin bajo de media banda se mantiene a la parte superior de la banda de frecuencia audible, que por lo general no es el caso con el movimiento de los conductores de la bobina. Tambin, la respuesta de frecuencia peakiness visto regularmente en la regin de alta frecuencia con los conductores de bobina mvil est ausente. El resultado es una mejor calidad de sonido, si se disean adecuadamente.Auriculares electrostticos son alimentados por cualquier cosa de 100v a ms de 1 kV, y estn en la cabeza del usuario. El mtodo habitual de hacer esto es seguro para limitar la corriente a un valor bajo y seguro con resistencias de posible fallo.

Electret:Un conductor electret funciones a lo largo de los mismos medios electromecnicos como conductor electrosttico. Sin embargo el conductor electret tiene una carga permanente construido en l, donde la electrosttica tienen la carga aplicada al conductor mediante un generador externo. Electret auriculares, como la electrosttica, son relativamente poco comunes. Tambin suelen ser ms barato y ms bajos en la capacidad tcnica y la fidelidad de la electrosttica.

Armadura equilibrada:Una armadura equilibrada es un diseo de transductor de sonido destinado principalmente para aumentar la eficiencia elctrica del elemento mediante la eliminacin de la presin sobre el diafragma de la caracterstica de muchos otros sistemas transductores magnticos. Como se muestra esquemticamente en el primer diagrama, que consiste en una armadura magntica mvil que est pivotado por lo que se puede mover en el campo del imn permanente. Cuando se centra precisamente en el campo magntico no hay ninguna fuerza neta sobre la armadura, por lo tanto, el trmino "equilibrada". Como se ilustra en el segundo diagrama, cuando hay corriente elctrica a travs de la bobina, se magnetiza la armadura de un modo u otro, causando que gire ligeramente de una manera u otra en torno al pivote moviendo as el diafragma para hacer el sonido.El diseo no es mecnicamente estable; un ligero desequilibrio hace que el palo de inducido a uno de los polos del imn. Se requiere una fuerza de recuperacin bastante rgido para mantener la armadura en la posicin de "equilibrio". Aunque esto reduce su eficiencia, este diseo todava puede producir ms sonido con menos energa que cualquier otra. Hoy en da se suele utilizar slo en canalphones y audfonos debido a su diminuto tamao y baja impedancia. Por lo general, se limitan a los extremos del espectro de audiencia y requieren un sello ms que otros tipos de conductores para liberar todo su potencial. Modelos de gama alta pueden emplear varios controladores de armadura, que divide los rangos de frecuencia entre ellos utilizando una red de cruce pasiva. Algunos combinan un controlador de armadura con un pequeo controlador de bobina mvil para una mayor salida de bajos.

Otras tecnologas de transductor:Tecnologas de transductores utilizados con mucha menor frecuencia de los auriculares incluyen el Heil Air Motion Transformer; pelcula piezoelctrica, cinta plana magntica; magnetostriccin y plasma-ionizacin. La primera Heil AMT auriculares fue comercializado por los Laboratorios de ESS y era esencialmente un tweeter ESS AMT de uno de los altavoces de la compaa est impulsada a gama completa. Desde el cambio de siglo, slo Precide de Suiza han fabricado un AMT auriculares. Auriculares pelcula piezoelctrica se desarrollaron por primera vez por Pioneer, sus dos modelos ambos utilizan una lmina plana de pelcula que limita el volumen mximo de aire que se poda mover. Actualmente Taket producir una pelcula de auriculares piezoelctrico que tiene la forma no a diferencia de un transductor de AMT, pero que al igual que la Precide controlador utiliza para sus auriculares, tiene una variacin en el tamao de los pliegues transductor sobre el diafragma. Es, adems, incorpora un diseo de dos vas mediante la inclusin de un panel de agudos/supertweeter dedicada. La forma plegada de un diafragma permite que un transductor con un rea de superficie ms grande para ajustarse dentro de pequeas limitaciones de espacio. Esto aumenta el volumen total de aire que se puede mover en cada excursin del transductor dado que rea de radiacin.

Ventajas y limitaciones:Los auriculares se pueden utilizar para evitar que otras personas or el sonido, ya sea para la intimidad o para evitar posibles interferencias, como en la escucha en una biblioteca pblica. Tambin pueden proporcionar un nivel de fidelidad de sonido superior a los altavoces de costo similar. Parte de su capacidad para hacerlo proviene de la falta de necesidad de realizar tratamientos de correccin de la habitacin con los auriculares. Auriculares de alta calidad pueden tener una respuesta de baja frecuencia extremadamente plana a 20 Hz en 3 dB. Comercializado declaraciones como "respuesta de frecuencia 4 Hz a 20 kHz 'son generalmente exageraciones, la respuesta del producto a frecuencias inferiores a 20 Hz es tpicamente muy pequea.Auriculares tambin son tiles para los juegos de vdeo que utilizan algoritmos de procesamiento de audio 3D posicional, ya que permiten a los jugadores para juzgar mejor la posicin de una fuente de sonido fuera de la pantalla.A pesar de los auriculares modernos han sido particularmente venden y utilizan para escuchar grabaciones en estreo desde el lanzamiento del Walkman, existe un debate sobre la naturaleza subjetiva de su reproduccin de sonido estreo. Las grabaciones estreo representan la posicin de seales de profundidad horizontales a travs de las diferencias de volumen y la fase del sonido en cuestin entre los dos canales. Cuando los sonidos de dos altavoces mezcla, crean la diferencia de fase que el cerebro utiliza para localizar la direccin. A travs de la mayora de los auriculares, debido a que los canales derecho e izquierdo no se combinan de esta manera, la ilusin de la central fantasma puede ser percibido como perdido. Sonidos ajustado totalmente a la tambin slo ser odos por un odo y no de un solo lado.Grabaciones binaurales utilizan una tcnica micrfono diferente para codificar direccin directamente como fase, con muy poca diferencia de amplitud por debajo de 2 kHz, a menudo utilizando una cabeza de maniqu, y pueden producir una impresin espacial sorprendentemente realista a travs de auriculares. Grabaciones comerciales casi siempre usan equipo de msica, en lugar de binaural, la grabacin, porque escucha altavoz ha sido ms popular que escucha con auriculares.