(Le immagini sono state prese dal libro Stereophonic Sound Recording , C. Hugonnet , P. Walder)
Microfoni
I microfoni sono dei trasduttori in grado di trasformare le variazioni di pressione acustica in variazione elettrica. Un microfono si comporta proprio come il nostro sistema uditivo: una variazione acustica ( di pressione) viene trasdotta in variazione meccanica e successivamente in variazione elettrica. Questo è proprio ciò che accade nel nostro oercchio:
- una variazione di pressione viene captata dall’orecchio esterno , attraversa il canale uditivo e mette in vibrazione la membrana;
- nell’orecchio medio si aziona una variazione meccanica dell’ incudine , staffa e martello che va a stimolare la coclea;
- nell’orecchio interno le variazioni meccaniche vengono trasdotte in stimoli elettrici che verranno inviati al cervello.
I microfoni possono essere classificati in base al loro modo di operare durante le diverse trasduzioni, si hanno quindi due tipi di classificazione:
acustica --- > meccanica: classificazione acustica
meccanica ---> elettrica : classificazione elettrica
Classificazione acustica
- microfoni a pressione ( omnidirezionali , PZM )
La pressione sonora è esercitata solo su una faccia del diaframma, che è fissato in un case la cui unica apertura è il foro di decompressione necessario per far si che il diaframma possa vibrare:
Microfoni con questo tipo di meccanismo sono teoricamente omnidirezionali , infatti una fonte sonora esercita sul diafrabba uguale pressione sia se è posizionata di fronte sia se è posizionata dietro il microfono. Questo in realtà non vale per tutte le frequenze, infatti per le alte frequenze il corpo del microfono diventa un ostacolo pertanto la sensibilità del microfono per le frequenze alte decresce in funzione dell’angolo di incidenza del suono. Il diagramma polare dà informazione sulla risposta in frequenza del microfono in base all’angolo di incidenza del suono:
osservazioni:
-Solitamente le frequenze attenuate sono quelle al di sopra dei 10 000 Hz , poichè hanno una lunghezza d’onda < di 3,4 cm che è la grandezza media del case di un microfono.
- Più iun microfono è piccolo , più è lineare ma poichè ha una membrana piccola ha bisogno di più gain , pertanto aumenta il rumore di fondo.
Un’altra soluzione consiste nel sistemare la capsula direttamente su una superficie piana riflettente , che rappresenterà un ugual ostacolo per tutte le frequenze ( anche per le basse se è sufficientemente grande ). In questo caso non si avrà più una ripresa omnidirezionale , bensì semisferico.
Questo è il caso dei microfoni PZM ( pressure zone microphone ) :
osservarioni:
- poichè la capsula è sistemata direttamente sulla superficie , le onde sonore riflesse dal muro si andranno a sommare perfettamente con il suono diretto ( perchè non subendo delay si troveranno in fase) pertanto il segnale verrà incrementato di 3dB ( quando viene raddoppiata la fonte sonora si ha un incremento di 3dB e non 6dB ).
- la ripresa semisferica tende a riprendere più il suono diretto , pertanto riprende poco il riverbero della stanza.
- microfoni a gradiente di pressione ( bidirezionali )
In questo caso la membrana fissata su un supporto aperto , pertanto le onde sonore vengono esercitate su entrambe le facce del diaframma . La forza risultante sulla membrana sarà uguale alla differenza tra le forze applicate alle due facce della membrana. Essa ha intensità maggiore quando la sorgente sonora è applicata in asse con il diaframma ( 0 ° - 180 ° ) e decresce fino ad annullarsi a 90° e 270° ( si annullano perchè le forze esercitate sulle due facce avranno la stessa intensità ):
Per questo motivo il microfono riprende il suono proveniente d’avanti e da dietro , mentre annulla tutto ciò che arriva dai lati: ha una ripresa bidirezionale
osservazioni:
- il diagramma polare risulta “schiacciato” perchè è su scala logaritmica;
-un microfono con diagramma bidirezionale ,a seconda di come viene posizionato, può essere utilizzato per riprendere davanti il suono diretto , da dietro il campo riverberante e ai lati taglia le early reflections.
- microfoni a operazione combinata ( cardioide )
Un microfono di questo tipo combina i diagrammi polari omnidirezionale e bidirezionale .
Ha un diaframma posizionato all’interno di un case mezzo aperto formato da un labirinto acustico , così composto:
le onde sonore provenienti da dietro il microfono raggiungono entrambe le facce del diaframma con ugual intensità , grazie a un delay creato dal labirinto acustico , pertanto si annullano. Quindi un microfono così composto ha una sensibilità massima per le sorgenti frontali che decresce gradualmente fino ad annuIlarsi per le sorgenti retrostanti il microfono.Un diagramma polare con queste caratteristiche si dice cardioide , ed è il risultato della somma di un omnidirezionale e un bidirezionale:
osservazioni:
- il cardioide è molto direttivo ed elimina l’acustica dell’ambiente e i rientri.
Classificazione elettrica
La vibrazione del diaframma può essere trasdotto in variazione elettrica attraverso diversi procedimenti. I metodi più utilizzati sono gli elettrodinamici e gli elettrostatici.
- microfoni elettrodinamici (dinamici , a nastro )
dinamici : il diaframma mette in movimento una spirale elettromagnetica all’interno di un magnete fisso
il movimento della spirale crea delle variazioni del campo magnetico tradotte in variazioni elettriche.
osservazioni:
poichè il diaframma deve mettere in movimento la spirale oppone una certa resistenza, pertanto questi microfono risultano essere poco sensibili ma molto robusti ( microfoni da palco )
a nastro : hanno lo stesso funzionamento dei microfoni dinamici , ma il diaframma e la spirale sono sostituiti da un nastro elettromagnetico, pertanto risultano più sensibili ma meno robusti dei mic. dinamici:
i microfoni a nastro hanno una buona risposta ai transienti e lavorano bene sulle medie frequenze.
osservazioni:
i microfoni elettrodinamici soffrono dell’ effetto di prossimità : se si avvicinano troppo alla sorgente tendono ad accentuare le basse frequenze.
- microfoni elettrostatici (a condensatore )
I mic. elettrostatici utilizzano un condensatore polarizzato per trasformare le variazioni meccaniche in elettriche, pertanto sono chiamati microfoni a condensatore. Hanno bisogno di essere alimentati da una voltaggio continuo ( di solito si usa la phoantom o una pila supplementare ) e possono essere a uno o due diaframmi:
microfoni elettrostatici con un diaframma
il movimento del diaframma metallico fa variare la capacità del condensatore e pertanto crea delle variazioni di voltaggio.
microfoni elettrostatici con due diaframmi
ci sono due diaframmi e cambiando la loro polarizzazione si possono ottenere i seguenti diagrammi polari:
osservazioni:
- poichè utilizzano membrane metalliche molto sottili , sono microfoni molto sensibili ed hanno un’ ottima risposta ai transienti;
- hanno una risposta in frequenza molto lineare;
- sono molto sensibili all’umidità e alla temperatura.
I microfoni sono dei trasduttori in grado di trasformare le variazioni di pressione acustica in variazione elettrica. Un microfono si comporta proprio come il nostro sistema uditivo: una variazione acustica ( di pressione) viene trasdotta in variazione meccanica e successivamente in variazione elettrica. Questo è proprio ciò che accade nel nostro oercchio:
- una variazione di pressione viene captata dall’orecchio esterno , attraversa il canale uditivo e mette in vibrazione la membrana;
- nell’orecchio medio si aziona una variazione meccanica dell’ incudine , staffa e martello che va a stimolare la coclea;
- nell’orecchio interno le variazioni meccaniche vengono trasdotte in stimoli elettrici che verranno inviati al cervello.
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
I microfoni possono essere classificati in base al loro modo di operare durante le diverse trasduzioni, si hanno quindi due tipi di classificazione:
acustica --- > meccanica: classificazione acustica
meccanica ---> elettrica : classificazione elettrica
Classificazione acustica
- microfoni a pressione ( omnidirezionali , PZM )
La pressione sonora è esercitata solo su una faccia del diaframma, che è fissato in un case la cui unica apertura è il foro di decompressione necessario per far si che il diaframma possa vibrare:
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
Microfoni con questo tipo di meccanismo sono teoricamente omnidirezionali , infatti una fonte sonora esercita sul diafrabba uguale pressione sia se è posizionata di fronte sia se è posizionata dietro il microfono. Questo in realtà non vale per tutte le frequenze, infatti per le alte frequenze il corpo del microfono diventa un ostacolo pertanto la sensibilità del microfono per le frequenze alte decresce in funzione dell’angolo di incidenza del suono. Il diagramma polare dà informazione sulla risposta in frequenza del microfono in base all’angolo di incidenza del suono:
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
osservazioni:
-Solitamente le frequenze attenuate sono quelle al di sopra dei 10 000 Hz , poichè hanno una lunghezza d’onda < di 3,4 cm che è la grandezza media del case di un microfono.
- Più iun microfono è piccolo , più è lineare ma poichè ha una membrana piccola ha bisogno di più gain , pertanto aumenta il rumore di fondo.
Un’altra soluzione consiste nel sistemare la capsula direttamente su una superficie piana riflettente , che rappresenterà un ugual ostacolo per tutte le frequenze ( anche per le basse se è sufficientemente grande ). In questo caso non si avrà più una ripresa omnidirezionale , bensì semisferico.
Questo è il caso dei microfoni PZM ( pressure zone microphone ) :
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
osservarioni:
- poichè la capsula è sistemata direttamente sulla superficie , le onde sonore riflesse dal muro si andranno a sommare perfettamente con il suono diretto ( perchè non subendo delay si troveranno in fase) pertanto il segnale verrà incrementato di 3dB ( quando viene raddoppiata la fonte sonora si ha un incremento di 3dB e non 6dB ).
- la ripresa semisferica tende a riprendere più il suono diretto , pertanto riprende poco il riverbero della stanza.
- microfoni a gradiente di pressione ( bidirezionali )
In questo caso la membrana fissata su un supporto aperto , pertanto le onde sonore vengono esercitate su entrambe le facce del diaframma . La forza risultante sulla membrana sarà uguale alla differenza tra le forze applicate alle due facce della membrana. Essa ha intensità maggiore quando la sorgente sonora è applicata in asse con il diaframma ( 0 ° - 180 ° ) e decresce fino ad annullarsi a 90° e 270° ( si annullano perchè le forze esercitate sulle due facce avranno la stessa intensità ):
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
Per questo motivo il microfono riprende il suono proveniente d’avanti e da dietro , mentre annulla tutto ciò che arriva dai lati: ha una ripresa bidirezionale
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
osservazioni:
- il diagramma polare risulta “schiacciato” perchè è su scala logaritmica;
-un microfono con diagramma bidirezionale ,a seconda di come viene posizionato, può essere utilizzato per riprendere davanti il suono diretto , da dietro il campo riverberante e ai lati taglia le early reflections.
- microfoni a operazione combinata ( cardioide )
Un microfono di questo tipo combina i diagrammi polari omnidirezionale e bidirezionale .
Ha un diaframma posizionato all’interno di un case mezzo aperto formato da un labirinto acustico , così composto:
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
le onde sonore provenienti da dietro il microfono raggiungono entrambe le facce del diaframma con ugual intensità , grazie a un delay creato dal labirinto acustico , pertanto si annullano. Quindi un microfono così composto ha una sensibilità massima per le sorgenti frontali che decresce gradualmente fino ad annuIlarsi per le sorgenti retrostanti il microfono.Un diagramma polare con queste caratteristiche si dice cardioide , ed è il risultato della somma di un omnidirezionale e un bidirezionale:
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
osservazioni:
- il cardioide è molto direttivo ed elimina l’acustica dell’ambiente e i rientri.
Classificazione elettrica
La vibrazione del diaframma può essere trasdotto in variazione elettrica attraverso diversi procedimenti. I metodi più utilizzati sono gli elettrodinamici e gli elettrostatici.
- microfoni elettrodinamici (dinamici , a nastro )
dinamici : il diaframma mette in movimento una spirale elettromagnetica all’interno di un magnete fisso
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
il movimento della spirale crea delle variazioni del campo magnetico tradotte in variazioni elettriche.
osservazioni:
poichè il diaframma deve mettere in movimento la spirale oppone una certa resistenza, pertanto questi microfono risultano essere poco sensibili ma molto robusti ( microfoni da palco )
a nastro : hanno lo stesso funzionamento dei microfoni dinamici , ma il diaframma e la spirale sono sostituiti da un nastro elettromagnetico, pertanto risultano più sensibili ma meno robusti dei mic. dinamici:
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
i microfoni a nastro hanno una buona risposta ai transienti e lavorano bene sulle medie frequenze.
osservazioni:
i microfoni elettrodinamici soffrono dell’ effetto di prossimità : se si avvicinano troppo alla sorgente tendono ad accentuare le basse frequenze.
- microfoni elettrostatici (a condensatore )
I mic. elettrostatici utilizzano un condensatore polarizzato per trasformare le variazioni meccaniche in elettriche, pertanto sono chiamati microfoni a condensatore. Hanno bisogno di essere alimentati da una voltaggio continuo ( di solito si usa la phoantom o una pila supplementare ) e possono essere a uno o due diaframmi:
microfoni elettrostatici con un diaframma
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
il movimento del diaframma metallico fa variare la capacità del condensatore e pertanto crea delle variazioni di voltaggio.
microfoni elettrostatici con due diaframmi
ci sono due diaframmi e cambiando la loro polarizzazione si possono ottenere i seguenti diagrammi polari:
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
osservazioni:
- poichè utilizzano membrane metalliche molto sottili , sono microfoni molto sensibili ed hanno un’ ottima risposta ai transienti;
- hanno una risposta in frequenza molto lineare;
- sono molto sensibili all’umidità e alla temperatura.
Microfoni speciali
- mic. a canna di fucile
I microfoni a canna di fucile sono microfoni molto direzionali in grado di riprendere solamente i suoni provenienti frontalmente. L’ alta direttività è dovuta al fatto che le onde provenienti dai lati entrano dai fori laterali nella “canna”, rimbalzano e sommandosi alle onde provenienti dal foro seguente si annullano ( perchè in controfase):
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
( non funzionano bene in presenza di riverbero )
- mic. parabolici
La capsula microfonica è posizionata nel punto focale di una parabola:
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
la parabola concentra il segnale sul fuoco dove è posizionata la capsula. Risulta essere molto selettivo sulla distanza perchè riprende più fronti d’onda piatti ( suoni lontani )
I parabolici sono poco sensibili alle basse frequenze perchè la parabola non è così grande da poter risultare un ostacolo.
Caratteristiche dei microfoni
- sensitività: rapporto tra segnale in uscita e segnale in entrata ( mV / Pa )
- self noise: rumore intrinseco del microfono dovuto alla presenza dei componenti elettrici.
- rapporto segnale / rumore: rapporto tra il segnale prodotto e il self noise
- M-SPL ( maximum sound pressure level ): è il livello di pressione massima superato il quale il microfono produce una distorsione del segnale di 0,5 TDH ( total harmonic distortion )
- campo dinamico: differenza tra il max-SPL e il self noise
- risposta in frequenza: indica la sensibilità alle diverse frequenze
- angolo operativo (pick up angle): angolo nel quale abbiamo una attenuazione del segnale di 3dB
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
- fattore di direttività: rapporto tra il segnale diretto e il suo riverbero ( omnidirezionale = 1 ; cardioide = 3 )
- fattore di distanza: rapporto della distanza di due microfoni (dalla sorgente) per avere lo stesso segnale
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| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |
( Dcardioide / D omnidirezionale = 1,7 ) |
| Stereophonic Sound Recording ( C. Hugonnet , P. Walder) |