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Micrófonos Brüel & Kjær: cinco décadas de excelencia
por Niels Bøgholm, Director de producto de transductores 19 Apr 2010
Cuando compramos un micrófono lo primero que vemos es un pequeño sensor metálico. Pero no dejemos que eso nos confunda: detrás de cada uno de ellos hay una gran cantidad de procesos, una atención especial y una experiencia acumulada durante años.
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Tecnología
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Antes del principio
Muchos se sorprenden cuando se les dice que hace cincuenta años Brüel & Kjær aún no fabricaba micrófonos. Hacia 1943, Per V. Brüel había hecho un esquema del primer transductor de Brüel & Kjær (en realidad un acelerómetro, que después se convertiría en el Tipo 4303). En aquella época se pensaba que el diseño y la fabricación de micrófonos eran algo demasiado complicado para una pequeña empresa, así que Brüel & Kjær empezó a distribuir micrófonos de la empresa danesa Ortofon.
En 1950, Ortofon introdujo un micrófono condensador de 36 mm de diámetro que Brüel & Kjær utilizó con cierto éxito. Sin embargo, a mediados de los cincuenta empezamos a pensar que debíamos diseñar nuestros propios micrófonos de medida.
Desde el principio quedó claro que la mejor opción sería un micrófono condensador polarizado, basado en un principio inventado por E. C. Wente en 1916 y que para su época fue un gran adelanto en términos de banda de frecuencia y calidad de grabación.
Durante muchos años el uso del micrófono condensador se vio restringido por limitaciones prácticas, tales como la necesidad de una tensión de polarización de 200 V y un amplificador con alta impedancia de entrada.
El principio | |
Los primeros micrófonos de medida totalmente diseñados y fabricados por Brüel & Kjær fueron los Tipos 4131 y 4132. Se les denominó “micrófonos de 1 pulgada”, a pesar de que su diámetro real era de 0,936 pulgadas (23,7 mm). Habían sido diseñados por un ingeniero joven y brillante, Gunnar Rasmussen, en estrecha colaboración con los fundadores de la compañía. Viggo Kjær definió uno de los objetivos de diseño: el nuevo micrófono debía cumplir la norma Z 24.4-1949 (Micrófonos primarios estándar de laboratorio) de la Asociación Americana de Normalización.
Los Tipos 4131 y 4132 eran considerablemente más simples y su construcción mecánica mucho más elegante que la de los micrófonos más punteros de aquella época, en especial el W. E. 640 AA (del que heredaron el peculiar diámetro de 1 pulgada). También tenían otras ventajas.
Pero pronto se puso de manifiesto que, para la mayoría de las aplicaciones, era más interesante un micrófono de media pulgada, así que se introdujeron el Tipo 4133 (campo libre) y el Tipo 4134 (campo de presión). Desde el comienzo se tuvo muy claro que unos métodos precisos de calibración eran un factor esencial para garantizar la integridad de las medidas y una alta calidad del producto. Por ello, al mismo tiempo que los dos nuevos micrófonos, se lanzó el calibrador de micrófonos Tipo 4141 (calibración por reciprocidad) y el actuador electrostático UA 0023. Desde entonces Brüel & Kjær ha mantenido un compromiso serio y constante con las actividades de calibración y con los trabajos internacionales de normalización. Por cierto, el UA 0023 ha demostrado ser un auténtico superviviente. A día de hoy, más de 50 años después de su introducción, sigue presente en nuestro catálogo de productos. Esto puede considerarse una prueba de su extraordinaria calidad y de que nuestras herramientas de calibración y nuestras correcciones de campo libre para el mismo tipo de micrófono se han mantenido prácticamente sin cambios durante más de cinco décadas.
Otro factor importante e interesante fue la atención a los detalles y el diseño, que es y ha sido siempre una marca de la casa en Brüel & Kjær. Con anterioridad, los preamplificadores eran voluminosos, a menudo con un diámetro mucho mayor que el del micrófono, y afectaban seriamente al campo sonoro. El preamplificador de 1 pulgada para los Tipos 4131 y 4132 fue diseñado no sólo para encajar en el cartucho sino también para producir una perturbación mínima del campo sonoro. Esta preocupación por los detalles aún sigue presente en todas las propuestas de Brüel & Kjær, por ejemplo en instrumentos como los analizadores portátiles Tipo 2250 y Tipo 2270. El principio de una leyenda
Estos nuevos micrófonos de Brüel & Kjær tenían una precisión y una estabilidad sin parangón. No nos cabe duda de que este éxito inicial fue la base de nuestra posición de liderazgo en el segmento de los micrófonos de medida. Una posición que se ha visto reforzada por el continuo refinamiento del catálogo de productos y la introducción de nuevos y exclusivos miembros en la familia de micrófonos de Brüel & Kjær.
Ruido exterior  | |
Desde 1963 ofrecemos micrófonos aptos para medida permanente en exteriores, por ejemplo, en sistemas de monitorización de ruido en aeropuertos. Ésta es un área que se encuentra todavía en proceso de desarrollo y que se ha consolidado recientemente con la adquisición por parte de Brüel & Kjær de la empresa australiana Lochard y con el lanzamiento de Noise Sentinel. Este producto difiere de la clásica combinación de hardware y software en que lo que único que el cliente compra... son resultados de mediciones. Todos los equipos son nuestros y somos nosotros quienes los manejamos y mantenemos. Pero incluso en este caso, la punta de lanza de la solución es un transductor fiable y de alta calidad.
Más allá de los límites El rango del sonido acústico se limita con frecuencia a una frecuencia de 20 kHz y un nivel máximo de presión sonora (SPL) de 140 dB. Ahora bien, en fases muy tempranas del desarrollo de la acústica quedó claro que había aplicaciones, como los ensayos a escala, las mediciones aerodinámicas y la medida de ruido impulsivo, que requerían micrófonos que fueran más allá de los límites del sonido audible. La solución vino en forma de micrófonos con diámetros de 1/4 y 1/8 de pulgada. De hecho, el Tipo 4138 de 1/8 de pulgada, introducido en 1967, sigue formando parte de nuestro catálogo de productos. No sólo en el aire
Lo primero que se piensa es que las ondas sonoras se propagan por el aire. Pero también se propagan por el agua; por eso la acústica subacuática es un área de creciente importancia, en la que Brüel & Kjær lleva mucho tiempo presente. En 1972 introdujimos nuestro primer hidrófono, el Tipo 8100, combinando nuestros conocimientos del mundo acústico y de las vibraciones (acelerómetros).
Actualmente, Brüel & Kjær dispone de un catálogo completo de equipos acústica subacuática, con hidrófonos, preamplificadores, cables subacuáticos, aplicaciones subacuáticas especiales y, por supuesto, sistemas de calibración de hidrófonos. ¡Encantados! | |
“¡Encantados!” pudo haber sido nuestra reacción cuando nos pidieron oficialmente que desarrollásemos un sustituto para el micrófono estándar de laboratorio de Western Electric W. E. 640A. El resultado fue el Tipo 4160: un micrófono con una cavidad delantera de alta precisión especialmente idónea para la calibración de presión por reciprocidad en acopladores. Diez años más tarde lanzamos un micrófono similar de 1/2 pulgada, el Tipo 4180. Desde ese día, la calibración de precisión de micrófonos primarios es sinónimo de Brüel & Kjær.
Menos que nada El umbral de audición se define como una presión dinámica de 20 µPa o 0 dB (SPL). Pero nosotros queríamos medir sonidos por debajo del nivel cero. Así que, en 1984, introdujimos un sistema para “mediciones de sonido de muy bajo nivel” compuesto por el Tipo 4179 y su correspondiente preamplificador, el Tipo 2660. Esta combinación de cápsula de 1 pulgada optimizada para sonidos extremadamente bajos y un preamplificador específico tiene una especificación de ruido inherente de -5,5 dBA, un valor que nadie ha superado todavía. ¡Mira mamá, sin manos! | | Ampliar imagen | | Modelo 4954-A micrófono TEDS prepolarizado de 1/4" de campo libre |
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En los equipos portátiles, la necesidad una tensión de polarización de 200 V para los micrófonos de medida suele causar bastantes problemas. Es más, en entornos húmedos, una tensión tan alta puede ser todo un problema. La solución consiste en incorporar a la cadena de medida micrófonos prepolarizados, también llamados micrófonos electret. Desde 1962 existen prototipos de micrófonos electret; sin embargo, debido a su falta de estabilidad no eran adecuados para los micrófonos de precisión.
Para no quedarse atrás, Brüel & Kjær formó a mediados de los años setenta un grupo especial de trabajo encabezado por el legendario Erling Frederiksen, con la misión de llevar a cabo una amplia serie de experimentos con electrets. Esta iniciativa acabó conduciendo al lanzamiento en 1979 de dos micrófonos prepolarizados, los Tipos 4155 y 4175. Estos micrófonos tipo electret posterior tenían un diafragma metálico y combinaban las ventajas de los micrófonos prepolarizados (que no necesitan tensiones de polarización externas) con la estabilidad contrastada de los micrófonos con diafragma metálico.
Los principios y conocimientos adquiridos en este proyecto se aplicaron y refinaron en la serie de micrófonos Falcon introducidos en 1993. Esta serie sigue siendo la columna vertebral de nuestro catálogo de micrófonos, del que los Tipos 4189, 4190 y 4191 son excelentes ejemplos. La serie de micrófonos Falcon utiliza un diafragma de aleación inoxidable, lo que alarga considerablemente la vida útil del micrófono. Hasta la introducción de la serie Falcon habíamos utilizado níquel como material para el diafragma de la mayoría de nuestros micrófonos (con problemas conocidos en entornos muy húmedos).
Soluciones más inteligentes| Hoy día los transductores con TEDS son comunes, pero hace 20 años eran un sueño |
La aparición de los micrófonos con condensador prepolarizado supuso un gran avance para los instrumentos portátiles y allanó el camino para el uso de técnicas de línea de corriente constante CCLD (DeltaTron), en las que el costoso cable de micrófono de 7 conductores se sustituye con un cable coaxial más barato que utiliza los mismos conductores para transportar la señal y suministrar tensión al preamplificador.
Mucho más tarde, se utilizó el término transductor “inteligente” para describir los transductores con TEDS (hoja de datos electrónica del transductor) posteriores al IEEE 1451.4. Huelga decir que el trabajo inicial del comité de normalización sobre TEDS fue impulsado y fuertemente respaldado por Brüel & Kjær, representado entre otros por Torben R. Licht. Hoy día, los transductores TEDS son comunes, pero hace 20 años no eran más que un sueño.
Intensidad sonora Durante mucho tiempo, identificar fuentes de ruido en entornos ruidosos se consideró una misión imposible. La aparición de las técnicas de intensidad sonora resolvió satisfactoriamente este problema, pero para obtener resultados fiables en la práctica hacían falta micrófonos con un ajuste de fase extremadamente preciso.
Los micrófonos de calidad documentada y estabilidad a largo plazo ya formaban parte del catálogo de Brüel & Kjær, así que sólo hubo que dar un pequeño paso para desarrollar la sonda de intensidad sonora Tipo 3519, imprescindible para el analizador de intensidad sonora portátil Tipo 3360, el primero del mundo en su género, lanzado en 1982.
¿Imagen del sonido? ¿Por qué limitarse a medir el sonido? ¿Por qué no hacer una imagen del campo sonoro? Esta debió ser la idea que condujo a los primeros sistemas de holografía acústica introducidos en 1986. Estas aplicaciones requieren sistemas multicanal y, por consiguiente, micrófonos rentables, los llamados micrófonos para array. Un sistema moderno puede llevar docenas de estos micrófonos.
Plano como una galleta | |
El primer micrófono de superficie Tipo 4948, lanzado en 2003, era plano como una galleta, aunque mucho más pequeño. Este micrófono fue desarrollado a petición de Airbus y se utilizó intensivamente en el desarrollo del Airbus A 380, entre otros aviones. Con una altura total de sólo 2,5 mm (0,1”) sigue siendo un producto único en el mundo de la medida de ruido y vibraciones.
El Tipo 4949 es una variante del micrófono de superficie, optimizado para aplicaciones de automoción. Este micrófono, debido a su excepcional forma y calidad, ha encontrado muchas aplicaciones con las que nadie soñaba cuando se diseñó originalmente. El micrófono de superficie introdujo otra tecnología de Brüel & Kjær: el “todo titanio”.
El uso de titanio como material para la fabricación de micrófonos de medida ha hecho posible la introducción de otros productos exclusivos, por ejemplo el Tipo 4955, un auténtico micrófono de ½ pulgada para bajo ruido con unas especificaciones excepcionales. Puede que el Tipo 4955 no tenga el rendimiento del Tipo 4179 (aún disponible), pero es mucho más inteligente con su diseño auténticamente delgado, un cartucho de 1/2 pulgada y un amplificador de 1/2 pulgada, ambos de titanio. El titanio tiene algunas ventajas adicionales; por ejemplo, es insensible a los campos magnéticos, la masa del diafragma es muy baja y posee una extremada resistencia a la corrosión. Campo sonoro ¿qué campo sonoro?  | |
Campo sonoro, ¿qué campo sonoro?, y ¿qué micrófono debo usar?
Estas son preguntas que se han hecho muchos clientes. Con frecuencia, las consecuencias de elegir mal el micrófono no son muy graves. Pero no siempre. Se dice que las consecuencias de elegir mal el micrófono se van haciendo más graves a medida que el espectro de frecuencias de la señal medida se desplaza hacia frecuencias más altas.
En ingeniería de automoción, el uso de materiales de aislamiento con poca masa y motores cada vez más pequeños puede hacer que el espectro del ruido vaya derivando en el futuro hacia frecuencias más altas. Otro problema es que existan fuentes múltiples o no estacionarias en entornos desconocidos.
Para hacer frente a estos problemas y resolver el dilema del micrófono “adecuado” o “inadecuado”, en 2009 introdujimos un concepto totalmente nuevo, llamado micrófono multicampo. Debido a su pequeño tamaño e inteligente diseño, el primer micrófono multicampo del mundo, el Tipo 4961, puede sustituir a los micrófonos convencionales de 1/2 pulgada en la mayoría de las aplicaciones con un error despreciable, sea cual sea la naturaleza del campo sonoro. Entre bambalinas | |
Durante décadas hemos sabido que el espacio que hay detrás del diafragma es crucial para la calidad de un micrófono, especialmente para su estabilidad a largo plazo y su comportamiento ante el ruido.
El polvo y otras partículas que penetran entre la placa posterior y el diafragma pueden causar fugas y arcos, y eso tiene como resultado un exceso de ruido y, en el caso de un micrófono electret, un descenso de la sensibilidad.
Por esta razón, nuestros micrófonos se montan en una sala limpia. De hecho, algunos de los procesos más críticos se realizan en un banco de flujo laminar dentro de la sala limpia, con un nivel de limpieza ISO1: 10 o menos partículas de 10 nm por metro cúbico.
Un micrófono no tiene muchos componentes –diez típicamente–, de hecho puede ser mucho mayor el número de procesos de fabricación, tales como pulimentado, limpieza, carga, envejecimiento artificial y pruebas. Y cuando todo esto acaba llega, naturalmente, una calibración individual documentada que se realiza de acuerdo con las más estrictas normas internacionales.
Muchos micrófonos de Brüel & Kjær se suministran también con un mini CD individual con los datos específicos de calibración y corrección que pueden usarse en la familia PULSE para ecualizar la respuesta en tiempo real usando nuestro principio REq-X. Protege el trabajo del usuario
Si no se conocen los numerosos procesos y los muchos años de investigación necesarios para producir micrófonos de medida profesionales, el precio de un micrófono de medida profesional de alta calidad puede parecer excesivo a primera vista. Pero para juzgar si el precio es alto o justo, también hay que tener en cuenta lo que vale el trabajo del usuario.
¿Cuánto puede afectar una medida errónea al producto o servicio que uno ofrece a su cliente? El coste de las pruebas en un túnel de viento, el coste de una prueba de vuelo o la consecuencia de retrasos debidos a mediciones no reproducibles, junto al valor añadido de nuestro respaldo experto, hacen que un micrófono de medida de alta calidad Brüel & Kjær sea una de las mejores inversiones que pueden hacerse.
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