2.2 Calcium Imaging Analysis
2.2.3 Cell Extraction Methods
La selección del transductor en el que se va a basar la estructura orientada a la caracterización condiciona todas las etapas de diseño posteriores (amplificación, polarización diseño de la disposición de los elementos del array...). Desafortunadamente las exigencias expuestas para el diseño reducen nuestra capacidad de elección a un pequeño abanico de transductores comerciales. Debido al ancho de banda requerido, así como a la frecuencia central de trabajo, la elección prácticamente queda acotada al uso de altavoces electroestáticos.
Teniendo en cuenta estas limitaciones referentes a nivel y a margen dinámico, hemos decidido basar el pro- totipo en los transductores comerciales de SENSCOMP1. Esta elección determina el resto de los parámetros del
diseño delarray: distancia entre transductores, frecuencia de portadora de las modulaciones y la electrónica aso- ciada al elemento acústico que depende fundamentalmente del principio de transducción en el que están basados. Este transductor se basa en el principio electrostático que permite construir altavoces con mejores presta- ciones que los altavoces dinámicos tradicionales ya que éstos poseen una coloración menor, una respuesta a los transitorios rápida y baja distorsión no lineal. Sus diagramas de radiación son simples y flexibles, debido a que las fuerzas eléctricas que actúan sobre ellos se transfieren directamente al diafragma para generar las ondas de presión sonoras.
Aunque los principios que rigen el funcionamiento de los altavoces electrostáticos son sencillos, presentan ciertas características que dificultan su uso en sistemas domésticos: para su correcto funcionamiento, es necesario (i) proporcionar tensiones elevadas, y (ii) mantener un control adecuado de las impedancias implicadas en el proceso de transducción. Por tanto, la electrónica asociada a estos dispositivos es única, y no es compartida con aplicaciones de audio habituales. También esconden problemas mecánicos relacionados con la elección del material del diafragma y la tensión sobre la que debe estar sometido.
Otro problema a tener en cuenta es el nivel de presión sonora que pueden alcanzar este tipo de sistemas de transducción. En los primeros diseños, esta falta de sensibilidad se compensaba con el tamaño del diafragma, pero actualmente, los niveles alcanzados son suficientes para satisfacer las necesidades concretas de nuestro sistema.
Por desgracia, los costes de fabricación de estos altavoces superan con creces los de los altavoces electrod- inámicos. Por esta razón el mercado aún se encuentra copado por estas arquitecturas, aunque ciertas marcas han apostado por los sistemas electrostáticos, ya que además de poseer mejores prestaciones acústicas también ofre- cen mayores posibilidades de diseño. Además, los transductores electrostáticos ha jugado un importante papel el desarrollo de todos los diseños electroacústicos, ya que han servido como patrón de referencia debido a su fidelidad.
Pese a que las arquitecturas más comunes en el mercado son las de “ doble plato perforadas y diafragma intermedio ”, debido a nuestra elección de diseño, nos centraremos en los transductores de capa y diafragma, que facilitar tanto el diseño como el análisis de nuestra estructura. En la Figura5.3se pueden apreciar las diferencias entre estos dos sistemas. El segundo (Figura5.3B), es el que ofrece mayor seguridad, ya que el sistema se encuen-
tra balanceado. En nuestro caso, como la finalidad del sistema propuesto es la fidelidad y la sencillez del análisis, hemos optado por una arquitectura de capa simple como la reflejada en la Figura5.3A.
+
V
−
sig Diafragmamóvil Diafragmafijo
Campo eléctrico uniforme de intensidadVsi g/2
2d
A: Arquitectura de diafragma móvil único.
1 2
V
sig−
1 2V
sig d d x C1 C2 Diafragma con carga+QDa Vpoltensión con respecto a tierra, en la posición central Difragmasperforados los diafragmasCapacidad de
Ctot=C1+C2
Sentido de la fuerzaFsiVsig>0
B: Arquitectura de doble diafragma polarizado.
FIGURA5.3: Arquitecturas típicas de altavoces electroacústicos, para sistemas de carga constante.
En ambas, la fuerza electrostática generada entre platos es igual a:
F="0
V2 sigS0
2d2 (5.1)
En dondeF se corresponde con la fuerza en newtons a la que están sometidas las placas,"0es la permitividad
del medio interplaca, en este caso aire,S0es el área en m2cubierta por un plato yVsigla diferencia de potencial
existente entre las dos placas en voltios. La distancia d se aplica en metros y se corresponde con la distancia interplaca representada en las dos arquitecturas de la Figura5.3.
La ecuación (5.1) revela que existe una relación cuadrática entre la fuerza y la distancia interplacas. Esto supone una gran desventaja, ya que la presión generada se relaciona linealmente con el desplazamiento de la placad. Para solucionar este problema, se parte de polarizaciones altas en los diafragmas. La solución expuesta en la Figura5.3Bse emplea desde 1924 y consiste en cargar la placa intermedia móvil mediante una fuente de
alimentación continua hasta un valorQD. Por tanto, esta cargaQDpasa a estar sometida a una fuerza linealmente
proporcional a la señal de excitación:
F=QD
Vsig
2d (5.2)
Del mismo modo, la solución expuesta en la Figura5.3impone el empleo de una polarización externa para el buen funcionamiento de sistema, ya que si las placas no se encuentran correctamente polarizadas, además de una pérdida considerable de la sensibilidad, aparecen efectos no lineales severos (Streng[1990]) y que provocan anomalías en el comportamiento del diafragma (Mellow y Kärkkäinen[2008]).
En esta Tesis, no nos centraremos en el diseño de transductores en sí, si bien es cierto que es necesario tener presente el tipo de arquitectura escogida, ya que esta puede condicionar las medidas realizadas, así como la electrónica necesaria para su funcionamiento. Para más información referente al funcionamiento de este tipo de transductores se puede recurrir aBorwick[2001].
A continuación se presentará una breve descripción del funcionamiento de la estructura escogida desde un punto de vista de análisis de cuadripolos. Este estudio clásico, sirve de guía de diseño y sienta las bases de ciertos experimentos presentados en el siguiente Capítulo, aunque no deja de ser una simplificación del sistema real.