Transductor

Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra de diferente a la salida.

El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza (por ejemplo electromecánica, transforma una señal eléctrica en mecánica o viceversa), aunque no necesariamente en esa dirección. Es un dispositivo usado principalmente en la industria, en la medicina, en la agricultura, en robótica, en aeronáutica, etc. para obtener la información de entornos físicos y químicos y conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa. Los transductores siempre consumen algo de energía por lo que la señal medida resulta debilitada.

Si aún así la señal modificada por el transductor no es compatible con la del receptor final se utiliza un convertidor para lograr esta compatibilidad entre trasmisor y receptor.

Tipos de transductores

• Transductor electroacústico
• Transductor electromagnético
• Transductor electromecánico
• Transductor electroquímico
• Transductor electrostático
• Transductor fotoeléctrico
• Transductor magnetoestrictivo
• Transductor piezoeléctrico
• Transductor radioacústico

Micrófono

El micrófono es un transductor electroacústico. Su función es la de traducir las vibraciones debidas a la presión acústica ejercida sobre su cápsula por las ondas sonoras en energía eléctrica, lo que permite por ejemplo grabar sonidos de cualquier lugar o elemento.

Según su transducción mecánico-eléctrica

Los 6 tipos de micrófonos más importantes son:

1. Micrófono electrostático: de condensador, electret, etc.
2. Micrófono dinámico: de bobina y de cinta.
3. Micrófono piezoeléctrico.
4. Micrófono magnetoestrictivo.
5. Micrófono magnético.
6. Micrófono de carbón.

Electrostático

Las ondas sonoras provocan el movimiento oscilatorio del diafragma. A su vez, este movimiento del diafragma provoca una variación en la energía almacenada en el condensador que forma el núcleo de la cápsula microfónica y, esta variación en la carga almacenada, (electrones que entran o salen) genera una tensión eléctrica que es la señal que es enviada a la salida del sistema.

La señal eléctrica de salida es (o debería ser) análoga en cuanto a forma (amplitud y frecuencia a la onda sonora que la generó.

Son micros electrostáticos:

• Micrófono de condensador.
• Micrófono electret.
• Micrófono de condensador de radiofrecuencia.

Electrodinámico

La vibración del diafragma provoca el movimiento de una bobina móvil o cinta corrugada ancladas a un imán permanente generan un campo magnético, cuyas fluctuaciones son transformadas en tensión eléctrica.

La señal eléctrica de salida es (o debería ser) análoga en cuanto a forma (amplitud y frecuencia) a la onda sonora que la generó.

Son micros electrodinámicos:

• Micrófono de bobina móvil o dinámico.
• Micrófono de cinta

Piezoeléctrico

Las ondas sonoras hacen vibrar el diafragma y, el movimiento de éste, hace que se mueva el material contenido en su interior (cuarzo, sales de Rochélle, carbón, etc). La fricción entre las partículas del material generan sobre la superficie del mismo una tensión eléctrica.

La señal eléctrica de salida es (o debería ser) análoga en cuanto a forma (amplitud y frecuencia a la onda sonora que la generó).

La respuesta en frecuencia de los micrófonos piezoeléctricos es muy irregular, por lo que su uso en ámbitos de audio profesional está desaconsejada.

Son micrófonos piezoeléctricos:

• El micrófono de carbón
• El micrófono de cristal
• El micrófono de cerámica

Bocina

Se denomina bocina a un instrumento compuesto de una pera de goma y una trompeta unidos. Al presionar la pera, el aire sale por la trompeta, creando sonido. Antiguamente se usaba en los automóviles como señal acústica, pero ahora ha sido sustituido por un elemento accionado por energía eléctrica.

En algunos países de Hispanoamérica se le llama al altavoz, bafle, parlante o altoparlante, el cual es un dispositivo utilizado para la reproducción de sonido a partir de una señal eléctrica.

Un altavoz es un transductor electroacústico utilizado para la reproducción de sonido. Uno o varios altavoces pueden formar una pantalla acústica.

La transducción sigue un doble procedimiento: eléctrico-mecánico-acústico. En la primera etapa convierte las ondas eléctricas en energía mecánica, y en la segunda convierte la energía mecánica en ondas de frecuencia acústica. Es por tanto la puerta por donde sale el sonido al exterior desde los aparatos que posibilitaron su amplificación, su transmisión por medios telefónicos o radioeléctricos, o su tratamiento.

El sonido se transmite mediante ondas sonoras, en este caso, a través del aire. El oído capta estas ondas y las transforma en impulsos nerviosos que llegan al cerebro. Si se dispone de una grabación de voz, de música en soporte magnético o digital, o si se recibe estas señales por radio, se dispondrá a la salida del aparato de señales eléctricas que deben ser convertidas en sonidos; para ello se utiliza el altavoz.

Características de los altavoces

Las principales características de un altavoz son:

• Respuesta en frecuencia.
• Impedancia.
• Potencia admitida.
• Sensibilidad.
• Rendimiento.
• Distorsión.
• Directividad.

Respuesta en frecuencia

La respuesta en frecuencia del altavoz no es plana. El altavoz ideal debería dar una respuesta uniforme, es decir, igual potencia a todas las frecuencias, pero este altavoz no existe. En las especificaciones técnicas viene indicada la respuesta en frecuencia:

• Los altavoces de alta calidad son los que tienen un margen de variación de 6 dB para el margen audible entre los 20 y los 20.000 Hz.
• Fuera de los sistemas de alta calidad, también son aceptables la variaciones de 3 dB en un margen de 100 a 15.000 Hz, ya que en la práctica el margen de audibilidad humana nunca llega a los 20.000 Hz.

La banda conflictiva es la de los graves, por ello, no se empieza la medición en los 20-30 Hz, sino que se eleva esta cifra hasta los 80 Hz.

En las especificaciones técnicas también suele venir la curva de respuesta en frecuencia, pero hay que tener en cuenta que los fabricantes probablemente hayan hecho sus mediciones en las condiciones más favorables, por lo que los resultados reales normalmente serán inferiores.

Potencia

Hace referencia a la potencia eléctrica que admite el altavoz (no a la potencia acústica). Es la cantidad de energía (en vatios) que se puede introducir en el altavoz antes de que éste distorsione en exceso o de que pueda sufrir daños. Dentro de la potencia se diferencia entre potencia nominal y potencia admisible.

Impedancia

La impedancia, conceptualmente, es la oposición que presenta cualquier elemento o dispositivo al paso de una corriente alterna (sinusoidal), en este caso la fuente de audio es una mezcla de varias frecuencias con lo cual la impedancia no tendrá el mismo valor en todo el rango de frecuencias. La impedancia se expresa en Ohmios.

Como en los altavoces la impedancia varía en función de la frecuencia, cada modelo de altavoz en sus especificaciones técnicas tendrá una curva con esta relación impedancia-frecuencia distinta. La impedancia de los altavoces viene especificada para una frecuencia concreta que sirva de referencia, generalmente 1 KHz, a menos que el fabricante indique otro valor.

Si se quiere obtener una transferencia máxima de energía entre la fuente de sonido (el amplificador) y el altavoz, las impedancias entre ellos deben ser las mismas o en su defecto la mínima aceptada por el amplificador.

Las impedancias normalizadas de los altavoces son 2, 3.2, 4, 6, 8, 16 y 32 ohmios, pero las más utilizadas son 4 en sonido automotriz, 6 para sistemas mini componentes, 8 para los sistemas de alta fidelidad, 16 para sistemas de sonido envolvente (surround) y auriculares.

Por ejemplo, un altavoz tiene las siguientes especificaciones técnicas:

• 400 W: Potencia.
• 100 - 16.000 Hz: Es la respuesta en frecuencia del altavoz.
• 8 Ω: Es la impedancia nominal del altavoz (a 1 kHz).

Si el valor de impedancia cambiara (y, de hecho, ésta no es constante en todo el rango de frecuencias), cambiaría también la potencia aplicada al altavoz.

A saber, se tendrá que aplicar la fórmula:

• P=Potencia
• V=tensión en los bornes del amplificador
• Z=Impedancia

Sensibilidad

Es el grado de eficiencia en la transducción electroacústica. Es decir, mide la relación entre el nivel eléctrico de entrada al altavoz y la presión sonora obtenida.

Suele darse en dB/W, medidos a 1 m de distancia y aplicando una potencia de 1 W al altavoz (2,83 V sobre 8 Ω).

Los altavoces son transductores electroacústicos con una sensibilidad muy pobre. Esto se debe a que la mayor parte de la potencia nominal introducida en un altavoz se disipa en forma de calor.

En los altavoces, a diferencia del micrófono, la sensibilidad no es un indicativo de “calidad sonora”, pues la práctica ha demostrado que altavoces de inferior sensibilidad producen mejor “coloración sonora”.

Rendimiento

El rendimiento mide el grado de sensibilidad del altavoz. Es el porcentaje que indica la relación entre la Potencia acústica radiada y la Potencia eléctrica de entrada. Potencia acústica / potencia eléctrica x 100.

Distorsión

El altavoz es uno de los sistemas de audio que presenta mayor distorsión, por lo que los fabricantes no suelen suministrar al consumidor las cifras de distorsión de sus altavoces. La distorsión tiene causas muy variadas: flujo del entrehierro, vibraciones parciales, modulación de frecuencia sobre el diafragma, alinealidad de las suspensiones, etc.

• La mayor parte de la distorsión se concentra en el segundo y tercer armónico, por lo que afectará en mayor medida a los tonos graves. Se trata de una distorsión en torno al 10%.

• En las medias y altas frecuencias esta distorsión es proporcionalmente mucho menor y no llega al 1%, aunque en las gargantas de bocinas de alta frecuencia esta distorsión llega hasta un margen de entre 10 y 15%.

Direccionalidad

Indica la dirección del sonido a la salida del sistema, es decir, el modo en el que el sonido se disipa en el entorno.

En realidad, ningún altavoz da una respuesta, pues sea cual sea su direccionalidad global, siempre son más direccionales cuando se trata de altas frecuencias (agudos) que cuando se trata de bajas frecuencias (graves).

La forma más gráfica de dar la directividad es mediante un diagrama polar, que normalmente es recogido en las especificaciones, pues cada modelo tiene una respuesta concreta.

Un diagrama polar es un dibujo técnico que refleja la radiación del altavoz en el espacio, en grados, para cada punto de sus ejes (horizontal y vertical).

Dependiendo de su directividad se puede decir que un cono de altavoz es:

• omnidireccional.
• bidireccional.
• cardioide.

Campo eléctrico

El campo eléctrico es un campo físico que es representado mediante un modelo que describe la interacción entre cuerpos y sistemas con propiedades de naturaleza eléctrica. Matemáticamente se describe como un campo vectorial en el cual una carga eléctrica puntual de valor q sufre los efectos de una fuerza eléctrica dada por la siguiente ecuación:

F=qE

Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético.

La unidad del campo eléctrico en el SI es Newton por Culombio (N/C), Voltio por metro (V/m)

Campo magnético

El campo magnético es una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q, que se desplaza a una velocidad , sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad v como al campo B. Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente igualdad.

                                                                       F= qv X B

donde F es la fuerza, v es la velocidad y B el campo magnético, también llamado inducción magnética y densidad de flujo magnético. (Nótese que tanto Fcomo v y B son magnitudes vectoriales y el producto vectorial tiene como resultante un vector perpendicular tanto a v como a B). El módulo de la fuerza resultante será

                                                               lFl= lql lvl lBl sin o

La existencia de un campo magnético se pone de relieve gracias a la propiedad localizada en el espacio de orientar un magnetómetro (laminilla de acero imantado que puede girar libremente). La aguja de una brújula, que evidencia la existencia del campo magnético terrestre, puede ser considerada un magnetómetro.

Atenuación

En telecomunicación, se denomina atenuación de una señal, sea esta acústica, eléctrica u óptica, a la pérdida de potencia sufrida por la misma al transitar por cualquier medio de transmisión.

Así, si introducimos una señal eléctrica con una potencia P₂ en un circuito pasivo, como puede ser un cable, esta sufrirá una atenuación y al final de dicho circuito obtendremos una potencia P₁. La atenuación (α) será igual a la diferencia entre ambas potencias.

La atenuacion del sonido es el reparto de energia de la onda entre un volumen de aire cada vez mayor.

No obstante, la atenuación no suele expresarse como diferencia de potencias sino en unidades logarítmicas como el decibelio, de manejo más cómodo a la hora de efectuar cálculos.

La atenuación, en el caso del ejemplo anterior vendría, de este modo, expresada en decibelios por la siguiente fórmula:

en términos de potencia

                                a=10xlog( p1/p2)

en términos de tension

a=20xlog( p1/p2)

Longitud de onda

La longitud de onda de una onda describe cuán larga es la onda. La distancia existente entre dos crestas o valles consecutivos es lo que llamamos longitud de onda. Las ondas de agua en el océano, las ondas de aire, y las ondas de radiación electromagnética tienen longitudes de ondas.

La letra griega "l" (lambda) se utiliza para representar la longitud de onda en ecuaciones. La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia de la onda. Una longitud de onda larga corresponde a una frecuencia baja, mientras que una longitud de onda corta corresponde una frecuencia alta.

La frecuencia y longitud de onda de una onda están relacionadas entre sí mediante la siguiente ecuación:

l = c / f

donde "l" es la longitud de onda, "c" es la velocidad de la onda, y "f" es la frecuencia.

Frecuencia

Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.

Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un número de ocurrencias de este teniendo en cuenta un intervalo temporal, luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido. Según el Sistema Internacional (SI), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz. Un hercio es la frecuencia de un suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. Así, un fenómeno con una frecuencia de dos hercios se repite dos veces por segundo. Esta unidad se llamó originariamente «ciclo por segundo» (cps) y aún se sigue utilizando. Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm). Las pulsaciones del corazón y el tempo musical se miden en «pulsos por minuto» (bpm, del inglés beats per minute).

                          F=1/T........1/S........ hertz

Frecuencias de ondas

La frecuencia tiene una relación inversa con el concepto de longitud de onda (ver gráfico), a mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa. La frecuencia f es igual a la velocidad v de la onda, dividido por la longitud de onda λ (lambda): 

                                         F=V/λ

Cuando las ondas viajan de un medio a otro, como por ejemplo de aire a agua, la frecuencia de la onda se mantiene constante, cambiando sólo su longitud de onda y la velocidad.

Por el efecto Doppler, la frecuencia es una magnitud invariable en el universo. Es decir, no se puede modificar por ningún proceso físico excepto por su velocidad de propagación o longitud de onda.

Bandas de frecuencia

las bandas de frecuencia son intervalos de frecuencias del espectro electromagnético asignados a diferentes usos dentro de las radiocomunicaciones. Su uso está regulado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones y puede variar según el lugar. El espacio asignado a las diferentes bandas abarca el espectro de radiofrecuencia y parte del de microondas y está dividido en sectores.

DIVISIÓN DEL ESPECTRO RADIOELÉCTRICO EN BANDAS DE RADIO CON SUS RESPECTIVAS FRECUENCIAS Y LONGITUDES DE ONDA 

BANDAS DE RADIO CORRESPONDIENTES AL ESPECTRO RADIOELÉCTICO	FRECUENCIAS	LONGITUDES DE ONDA
Banda VLF (Very Low Frequencies – Frecuencias Muy Bajas)	3 – 30 kHz	100 000 – 10 000 m
Banda LF (Low Frequencies – Frecuencias Bajas)	30 – 300 kHz	10 000 – 1 000 m
Banda MF (Medium Frequencies – Frecuencias Medias)	300 – 3 000 kHz	1 000 – 100 m
Banda HF (High Frequencies – Frecuencias Altas)	3 – 30 MHz	100 – 10 m
Banda VHF (Very High Frequencies – Frecuencias Muy Altas)	30 – 300 MHz	10 – 1 m
Banda UHF (Ultra High Frequencies – Frecuencias Ultra Altas)	300 – 3 000 MHz	1 m – 10 cm
Banda SHF (Super High Frequencies – Frecuencias Super Altas)	3 – 30 GHz	10 – 1 cm
Banda EHF (Extremely High Frequencies – Frecuencias Extremadamente Altas)	30 – 300 GHz	1 cm – 1 mm

Mientras más alta sea la frecuencia de la corriente que proporcione un oscilador, más lejos viajará por el espacio la onda de radio que parte de la antena transmisora, aunque su alcance máximo también depende de la potencia de salida en watt que tenga el transmisor.

Muchas estaciones locales de radio comercial de todo el mundo aún utilizan ondas portadoras de frecuencia media, comprendidas entre 500 y 1 700 kilociclos por segundo o kilohertz (kHz), para transmitir su programación diaria. Esta banda  de  frecuencias,  comprendida  dentro  de  la  banda  MF  (Medium.Frequencies - Frecuencias Medias), se conoce como OM (Onda Media) o MW (Medium Wave). Sus longitudes de onda se miden en metros, partiendo desde los 1 000 m y disminuyendo progresivamente hasta llegar a los 100 m . Por tanto, como se podrá apreciar, la longitud de onda disminuye a medida que aumenta la frecuencia.

Cuando el oscilador del transmisor de ondas de radio genera frecuencias más altas, comprendidas entre 3 y 30 millones de ciclos por segundo o megahertz (MHz), nos encontramos ante frecuencias altas de OC (onda corta)  o  SW  (Short Wave),  insertadas  dentro  de  la  banda  HF ( High Frequencies – Altas.Frecuencias), que cubren distancias mucho mayores que las ondas largas y medias. Esas frecuencias de ondas cortas (OC) la emplean, fundamentalmente, estaciones de radio comerciales y gubernamentales que transmiten programas dirigidos a otros países. Cuando las ondas de radio alcanzan esas altas frecuencias, su longitud se reduce, progresivamente, desde los 100 a los 10 metros.

Dentro del espectro electromagnético de las ondas de radiofrecuencia se incluye también la frecuencia modulada (FM) y las ondas de televisión, que ocupan las bandas de VHF (Very High Frequencies –Frecuencias Muy Altas) y UHF (Ultra High Frequencies – Frecuencias Ultra Alta). Dentro de la banda de UHF funcionan también los teléfonos móviles o celulares, los receptores GPS (Global Positioning System– Sistema de Posicionamiento Global) y las comunicaciones espaciales. A continuación de la UHF se encuentran las bandas SHF (Super High Frequencies – Frecuencias Superaltas) y EHF (Extremely High.Frequencies – Frecuencias Extremadamente Altas). En la banda SHF funcionan los satélites de comunicación, radares, enlaces por microonda y los hornos domésticos de microondas. En la banda EHF funcionan también las señales de radares y equipos de radionavegación.

MUSEO DEL TELEGRAFO

Este museo originalmente era el Palacio de Comunicaciones, el cual fue construido entre el año 1904 y 1911, es la obra más importante del arquitecto italiano Silvio Conttri, quien dio con su talento, forma a un paradigma de Palacio republicano, moderno en su estructura y función, y que a la vez se servía de las viejas tradiciones arquitectónicas, decorativas y de su carga simbólica.

En el museo nos hablan de la evolución de la comunicación en México, muestran los diferentes tipos de telégrafos y sus componentes,  nos muestran los primeros telégrafos realizados en México y sus aparatos de medición que ocupaban dichos instrumentos de comunicación. 

miliamperimetro

galvanometro de escala

microfaradometro

diferentes tipos de telegrafos

tambien nos habla del codigo morse, el experimento de hertz, y por medio de una computadora nos mencionan la evolucion de las telecomunicaciones empesando desde el telegrafo electromagnetico, hasta llegar a las micro-ondas  y sus respectivas caracteristicas y funcionamiento.

evolucion de las telecomunicaciones

codigo morse

El Espectro Radioeléctrico

el espectro radioeléctrico se trata del medio por el cual se transmiten las frecuencias de ondas de radio electromagnéticas que permiten lastelecomunicaciones (radio, televisión, Internet, telefonía móvil,televisión digital terrestre, etc.), y son administradas y reguladas por los gobiernos de cada país. La definición precisa del espectro radioeléctrico, tal y como la ha definido la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), organismo especializado de las Nacionees Unidas con sede en Ginebra (Suiza) es:
las frecuencias del espectro electromagnético usadas para los servicios de difusión y servicios móviles, de policía, bomberos,radioastronomía, meteorología y fijos.” Este “(…) no es un concepto estático, pues a medida que avanza la tecnología se aumentan (o disminuyen) rangos de frecuencia utilizados en comunicaciones, y corresponde al estado de avance tecnológico.”

 El espectro radioeléctrico, tal y como se puede apreciar en el gráfico de arriba, se divide en bandas de frecuenciaque competen a cada servicio que estas ondas electromagnéticas están en capacidad de prestar para las distintas compañías de telecomunicaciones avaladas y protegidas por las instituciones creadas para tal fin de los estados soberanos.  Un repaso corto a las bandas de frecuencia nos indica que:

* Banda UHF: en este rango de frecuencia, se ubican las ondas electromagnéticas que son utilizadas por las compañías de telefonía fija y telefonía móvil, distintas compañías encargadas del rastreo satelital de automóviles y establecimientos, y las emisoras radiales  como tal. Las bandas UHF pueden ser usadas de manera ilegal, si alguna persona natural u organización cuenta con la tecnología de transmisión necesaria para interceptar la frecuencia y apropiarse de ella con el fin de divulgar su contenido que no es regulado por el Gobierno.

* Banda VHF: También es utilizada por las compañías de telefonía móvil y terrestre y las emisoras radiales, además de los sistemas de radio de onda corta (aficionados) y los sistemas de telefonía móvil en aparatos voladores. Es una banda mucho más potente que puede llegar a tener un alcance considerable, incluso, a nivel internacional.

* Banda HF: Tiene las mismas prestaciones que la banda HF, pero esta resulta mucho más “envolvente” que la anterior puesto que algunas de sus “emisiones residuales” (pequeños fragmentos de onda que viajan más allá del aire terrestre), pueden chocar con algunas ondas del espacio produciendo una mayor cobertura de transmisión.