Construcción de un micrófono dinámico con materiales de uso doméstico

• Me inspiré en un video que explicaba la construcción de un micrófono casero, en tal sentido conseguí los materiales similares que el video recomendaba utilizar. Siempre habrán variaciones, como era de suponer no se pueden conseguir exactamente los mismos materiales. Teniendo esto en cuenta, intenté conseguir elementos que fueran lo más parecidos a los que indicaban para poder tener un margen de menor error.
• Materiales: Utilicé dos imanes cerámicos, distintos tipos de tornillos y arandelas, un vaso de plástico de 300 ml, cobre esmaltado, un sorbete, un cable XLR macho, cocodrilos, cable de micrófono. También utilicé un soldador, cinta aisladora, cinta adhesiva transparente, y otros elementos útiles para poder ensamblar los materiales.

Funcionamiento de micrófono dinámico y su aplicación a mi experimento

En las imágenes que se encuentran debajo podemos ver el diagrama del funcionamiento de un micrófono dinámico. Este tipo de micrófono no necesita alimentación de energía externa ya que generará una carga eléctrica por sí solo.
Las ondas sonoras hacen vibrar a la membrana o diafragma que se encuentra pegada a la bobina de cobre esmaltado, éste al recibir las vibraciones se mueve. Este movimiento al ser generado dentro de un campo magnético, (ya que en un caso la bobina está alrededor del imán y en el otro la bobina está rodeada del imán) produce una corriente eléctrica proporcional al sonido recibido. Esta señal eléctrica es transportada por los cables que pertenecen a la bobina.

 

 

Micrófono dinámico

 

En mi micrófono esto funciona de la misma forma (imagen debajo). Mi bobina está enrollada en un sorbete que fue puesto en el centro de dos imanes cerámicos con forma de anillo, generando un campo magnético. La utilidad de un tornillo en el centro del imán con arandelas tiene el propósito de fijar el sorbete y que este, a su vez, quede centrado. Mi membrana o diafragma está compuesta por la combinación del sorbete y la tapa del vaso. Por lo tanto, podemos decir que trabajan en conjunto, porque uno sin el otro no funciona.
El sorbete captará las vibraciones que se tomen directo de la fuente sonora y a su vez las vibraciones que capte la tapa y que le transmitirá por contacto. De esta forma, la bobina oscila dentro del campo magnético generando una corriente eléctrica que será llevada a través del cable del micrófono y conectado a una computadora (en este caso).

Prueba No.1:

Luego de tener los materiales a mi disposición realicé una primer prueba. Con los imanes grandes (7 cm de diámetro), el vaso de plástico, un bobinado alrededor de un sorbete bastante blando y con cobre de la longitud que decía el video (80 cm – 1m aprox.) conecté los extremos de la bobina a un multímetro con el objetivo de medir mili voltaje y mili amperimetraje. Los valores eran bajos, por lo que decidí aumentar en unos 50 cm aproximadamente el largo del cable de la bobina. Siguieron siendo bajos, pero teniendo en cuenta que los micrófonos de por sí, producen señales muy bajas que luego son amplificadas por los pre  amplificadores, decidí que era necesario ponerlo a prueba para descubrir si en verdad la señal era muy baja.

Tornillo como base para centrar el sorbete

Imanes cerámicos

Imanes cerámicos

Bobinado

Arandela

Bobinado en el sorbete

Primera prueba de micrófono armada

Armado del cable XRL

Para poder testear el funcionamiento de mi micrófono y sus diferentes pruebas era necesario primero armar el cable. Compré un cable de micrófono y un enchufe macho (el que iba a ser conectado al pre amplificador o la placa de sonido). Esto requirió efectuar soldaduras con estanio en los cables que se unirían con el enchufe macho ubicando cada cable en su terminal correspondiente. La terminal 1 para la masa, la terminal 2 para la polaridad normal y la terminal 3 para la polaridad invertida. Esto es lo que se llama señal balanceada ya que hay una inversión de las señales de la corriente alterna al salir del dispositivo. Cuando llega al dispositivo receptor, las señales se invierten nuevamente, aumentando la ganancia y eliminando cualquier tipo de ruido electromagnético (al sumar dichas interferencias invertidas en fase)  que se haya podido producir durante el trayecto.
Lo que hice luego  fue soldar los cocodrilos al otro extremo para que sea más fácil conectar el cable del micrófono a los cables de cobre (que fueron raspados en las puntas para que puedan conducir a la señal). En la imagen que se encuentra debajo se puede ver a qué terminal corresponde cada cable.

Cocodrilos y cable XRL con enchufe macho

Terminales y cables

Señal balanceada

El enchufe macho del micrófono experimental fue conectado a una placa de sonido AVID fast track solo y esta a su vez a una computadora MacBook Pro. Luego de conectarlo a la computadora para ver si la señal era alta o baja, descubrí que la señal no era suficiente como para generar un volumen intermedio (es decir, se escuchaba muy bajo). Por lo tanto, decidí comenzar a cambiar algunas variables para ver qué resultados obtenía y cuál era la mejor opción.

Cabe destacar que con esta primera prueba se cumple el objetivo principal del proyecto que era que funcionara el micrófono dinámico. Seguí realizando pruebas para mejorar la calidad del sonido y así obtener un mejor resultado. Pero el funcionamiento del micrófono para esta instancia ya era correcto.

Cambios a realizar:

Las variables con las decidí ir probando para obtener una señal más alta y clara fueron: el tamaño de la bobina, el sorbete y su flexibilidad, el vaso, los imanes y el tornillo. Claramente, el cambio de estas variables se fue haciendo de a uno, implementando las cosas que funcionaban y cambiando las que no.

Prueba No.2:

Para esta prueba lo primero que decidí hacer fue cambiar los imanes (2,2 cm de diámetro). Utilicé cuatro imanes cerámicos en forma de anillo, pero mucho más pequeños. Estos cuatro imanes permitían contener a todo el bobinado del sorbete. Mi teoría al realizar este cambio fue que se iba a lograr un mayor campo magnético alrededor de la bobina por cubrirla al casi completo. El resultado no fue bueno y la señal siguió siendo igual de baja o incluso menor que la anterior.

Prueba No. 3:

Dado que el cambio de imanes no superó ni mejoró los resultados en la prueba no.1 y 2, decidí volver a utilizar los imanes grandes y cambiar el tamaño de la bobina. Utilicé esta vez casi 3 metros de cobre, cuadruplicando el largo recomendado por el video. Además, utilicé un sorbete más duro y largo.

El resultado de este cambio fue positivo ya que obtuve una señal más alta y un sonido más fuerte. De todas formas quise seguir probando para poder si incluso podría mejorar lo ya obtenido.

He de mencionar que en uno de los experimentos la tapa del vaso no quedó cerrada completamente, lo cual mejoraba el resultado, así que esta variable fue tenida en cuenta para seguir haciendo cambios.

Prueba No.4:

Lo que hice en esta prueba fue cambiar la tapa del vaso por un guante de látex en tensión, ya que de esta forma podría lograr que las vibraciones que llegaran al guante se transmitieran al sorbete de una manera más directa y con más contacto.

El resultado no fue mejor. La señal fue más baja que en la prueba anterior, por lo cual me di cuenta que tanta flexibilidad no transmitía correctamente las vibraciones.

Prueba No.5:

Aquí mantuve los imanes, el sorbete y esta nueva bobina que venía funcionando perfecto. Lo que cambié fue el vaso, utilicé un vaso más duro y le realicé un agujero más en la tapa. Mi hipótesis fue que las vibraciones producidas por las cuerdas vocales podrían entrar por el agujero y así provocar más vibraciones en el sorbete y a su vez un vaso de material menos elástico podría vibrar de forma más específica.

El resultado no fue malo, pero no mejoró las condiciones. Apenas si superó mínimamente los resultados obtenidos en la prueba No.1 en cuanto a señal y calidad de sonido.

Prueba No.6:

En esta prueba lo que decidí hacer fue volver a las cosas que ya habían funcionado pero mejoré la postura del sorbete al cambiar el tornillo que estaba utilizando. Utilicé un tornillo de mayor diámetro y que condujera mejor el campo magnético.
La utilización de la arandela que se encuentra en la primera imagen será explicada a continuación.
En la segunda imagen podemos ver que lo que intenté hacer fue acortar la distancia entre la bobina y la membrana para ver si de esta forma las vibraciones transmitidas por el sorbete y la membrana llegaban de forma más clara.

El resultado de esta prueba mejoró un poco la calidad de la señal.

Prueba No.7:

Pero aún no contenta con este resultado utilicé una arandela de hierro que condujera mejor el campo magnético y de esta forma lo prolongué por encima de la bobina. Es decir que coloqué la arandela por encima de los imanes. Además mejoré el apoyo del tornillo y tuve especial cuidado en colocar la bobina dentro del campo magnético.
También probé dejar la tapa cerrada del todo y semi trabada. En este caso los resultados no cambiaron tanto como en la prueba no. 3, en donde la diferencia sí había mejorado la señal.

El resultado fue óptimo. La señal salió mucho más alta y clara. Esto se debió a la prolongación del campo magnético por encima de la bobina, el cambio anterior del tamaño de la bobina y el tornillo.

Conclusiones:

Puedo concluir diciendo que el tamaño de la bobina, el vaso, el tornillo, la arandela y su material tienen influencia directa en la señal obtenida. Luego de probar y ver de qué forma se afectaba el funcionamiento del micrófono llegué a un resultado bastante bueno. No tiene la calidad de un micrófono profesional pero el objetivo está cumplido con materiales de uso doméstico.
La calidad y la respuesta de frecuencias de este micrófono experimental está acotada a los materiales utilizados.

También puedo decir que no era correcta la información dada por el video en cuanto a la cantidad (longitud) de cobre para realizar la bobina, ya que tuve que utilizar el cuádruple. Es verdad que los materiales no son exactamente los mismos por lo cual hay variables distintas y por lo tanto, resultados diferentes. La clave fue empezar a controlar las variables de los materiales con los que contaba y entender su funcionamiento dentro de la estructura de mi micrófono dinámico.

Los cambios que hicieron posible el funcionamiento de mi micrófono fueron:

• El cambio de la longitud de la bobina (3 metros)
• Cambio de sorbete por uno más duro
• Agregado de una arandela de hierro para poder extender el campo magnético
• Cambio del tornillo, dando estabilidad y soporte a la bobina. (su material también conduce los imanes)

Es decir que se contó desde el principio con materiales que hicieron funcionar el micrófono y lo que se hizo a través de las distintas pruebas fue ver si se podía mejorar este primer funcionamiento. El cambio de variables me hizo obtener mejores resultados, ajustando el margen de error.