Un barómetro es un aparato que mide la presión atmosférica
Un micrófono es un dispositivo que detecta las ondas sonoras. Ondas sonoras que viajan por el aire.
La presión de un gas está causada por el movimiento del gas.
Entonces, un barómetro mide el movimiento del aire y un micrófono mide el desplazamiento del aire, que me parecen lo mismo, ¿cuál es la diferencia?
Tienes razón en que tanto en los barómetros como en los micrófonos los cambios de presión del aire se convierten en desplazamientos y esos desplazamientos pueden convertirse en señales eléctricas.
Podemos pensar en ambos como dispositivos sensores de presión que definen una función $x(P(t))$ donde $P(t)$ es la presión en la entrada del dispositivo a lo largo del tiempo $t$ y $x$ es el desplazamiento de posición del sensor.
Desde el punto de vista del procesamiento de señales, las diferencias son:
Así que sí, tanto los barómetros como los micrófonos utilizan desplazamientos para medir presiones. Pero como sensores tienen especificaciones muy diferentes. Dicho esto, como ambos son sensores de presión, estoy seguro de que los avances tecnológicos de los barómetros han influido en el diseño de los micrófonos y viceversa.
Dicho matemáticamente, la diferencia es que un barómetro detecta una media de la variable, $p$ y un micrófono el $dp/dt$ . Ver las ilustraciones en este enlace.
Hay varias soluciones técnicas diferentes para los micrófonos que influyen en lo que miden. Limitaré este debate a dos tipos: un micrófono omnidireccional sensible a la presión y un micrófono sensible a la velocidad en forma de 8.
En primer lugar, los micrófonos en forma de 8, que no miden la presión del aire, sino su velocidad: Imagine una cinta o banda muy fina y no muy ancha colocada en aire más o menos libre, suspendida por sus dos extremos. (En realidad, ésta es una descripción bastante buena de cómo se crea un micrófono de cinta. Normalmente es una cinta de alumnio muy fina, digamos de medio centímetro de ancho y 3 centímetros de largo). La banda oscilará de un lado a otro en función de la temperatura. velocidad de aire "viento". Podemos decir que la banda actúa en función de la velocidad local del aire. Como aquí el sonido es "viento" que va y viene, el micrófono traduce este movimiento oscilante en una señal eléctrica. Se puede entender que la presión del aire, la presión barométrica, es más o menos la misma a ambos lados de la banda. El micrófono no reaccionará a la presión atmosférica alta o baja. Este micrófono será sensible al movimiento del aire perpendicular a la superficie de la cinta, pero bastante insensible al movimiento del aire sobre la fina banda, creando un gráfico de sensibilidad parecido al número 8, de ahí su nombre.
Pasemos ahora al segundo tipo de micro del que hablo aquí: un micro omnidireccional sensible a la presión. Imagina una fina membrana tensada a través de una cavidad cerrada. (De nuevo, este es en realidad el diseño de los micrófonos y algunos barómetros). El aumento de la presión del aire empujará la membrana hacia la cavidad, la disminución de la presión del aire permitirá que la membrana se mueva hacia el exterior. El sonido se percibe aquí como un vaivén local en la membrana. presión de aire. El micrófono (o el barómetro en su caso) lo traduce en una señal eléctrica. En el caso de los barómetros, la cavidad puede ser una referencia fija, por ejemplo el vacío. Sin embargo, en los micrófonos actuales hay un pequeño orificio desde el aire exterior hasta la cavidad. Esto permitirá que la cavidad se llene de aire alrededor con una media de la misma presión que el aire exterior. En efecto, el orificio funcionará como un filtro de paso alto: sólo las variaciones de presión del aire con una frecuencia suficientemente alta podrán ser registradas por el micrófono. Por tanto, la presión "barométrica", de frecuencia muy baja, se filtrará y sólo quedarán los sonidos de frecuencia más alta. (Ahora bien, algunos micrófonos de medición pueden llegar por debajo de 1 Hz como frecuencia más baja, pero los micrófonos utilizados para grabar música suelen empezar en algo así como 10 Hz, ya que hay muy poca música en frecuencias más bajas). El micrófono de medición de presión es más o menos omnidireccional en las frecuencias más bajas (la misma sensibilidad en todas las direcciones), pero se volverá más y más direccional en las frecuencias más altas (por ejemplo, por encima de 1 kHz) debido al diseño exacto, ya que la membrana apunta en una dirección.
Nota al margen: la mayoría de los micrófonos utilizados hoy en día para voz o música tienen un patrón cardoide. Se puede pensar, y a veces crear, una combinación de omni + figura 8. Cómo hacerlo exactamente se deja como ejercicio para el lector ;-) .
Ambos controlan la presión del aire, pero no son ni mucho menos lo mismo. Uno está diseñado para captar pequeñas fluctuaciones fugaces con gran precisión, mientras que el otro está diseñado para leer un número estable. Algo así como el oído frente a una articulación dolorida, o un voltímetro frente a un osciloscopio.
Si fabricáramos un barómetro lo suficientemente ligero y amplificáramos su salida, ¡tendríamos un micrófono! Sin embargo, no se podría utilizar la salida de cualquier micrófono para determinar la presión atmosférica, porque lo que determina nuestra percepción de las voces y la música es cómo oscila la presión, no su valor medio.
Un barómetro mide la presión absoluta. No puede seguir el cambio de presión arbitrariamente rápido. Eso significa que tiene una frecuencia de corte superior cuando se considera un dispositivo de medición.
Por el contrario, un micrófono considerado como dispositivo de medición también mide la presión, pero no la presión absoluta. Tiene una frecuencia de corte más baja y sólo puede detectar desviaciones de la presión respecto a la presión media. Si los cambios son demasiado lentos no puede detectarlos y es completamente inmune a los cambios lentos de la presión de base (ambiente). Sin embargo, los cambios lo suficientemente rápidos sí los detecta (y esto es "sonido").
Obsérvese que la otra respuesta dp/dt no es correcta, ya que habría una fuerte dependencia de la frecuencia. Una frecuencia doble generaría una señal eléctrica doble. Este no es el caso de un micrófono. Se supone que un micrófono genera una señal eléctrica proporcional al nivel acústico, que es el nivel de presión.
Para ser justos, se supone que la respuesta en frecuencia de un micrófono no es plana, sino que sigue alguna característica para imitar el oído humano. Pero tampoco se trata de dp/dt.
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