MICROFONI

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I microfoni sono trasduttori in grado di trasformare energia acustica in energia elettrica, in particolare le variazioni della pressione atmosferica vengono convertite in variazioni di tensione e dunque in corrente. In questa sezione vedremo i diversi tipi di microfoni e il loro impiego.
Le tecnologie con cui vengono realizzati i microfoni sono diverse e questo ci permette di avere a disposizione una vasta gamma di soluzioni a seconda del contesto in cui ci troviamo a operare. Vi sono microfoni più o meno sensibili, con diverse direzionalità, senza poi contare che ogni microfono ha un suo timbro personale che lo caratterizza e che lo rende a suo modo unico. Nella pratica comune vengono impiegati una serie di microfoni standard che costituiscono una sorta di riferimento per gli operatori; l'esperienza consente di allargare i propri orizzonti e trovare il microfono preferito per ogni contesto lavorativo. Cominciamo a vedere le differenti modalità di realizzazione dei microfoni.

Microfono elettrodinamico

Schema di un microfono elettrodinamico
Un avvolgimento fatto di un materiale conduttore è fissato sul diaframma che viene investito dall'onda sonora e che vibra in conseguenza di questa. L'avvolgimento si trova all'interno di un campo magnetico generato da un apposito magnete posto al suo interno. Quando il diaframma vibra, fa muovere con sè anche l'avvolgimento che rompe le linee del campo magnetico e dunque nell'avvolgimento viene indotta una corrente. In sostanza il campo magnetico attrae gli elettroni presenti nell'avvolgimento tenendoli fermi; quando l'avvolgimento si muove, gli elettroni rimangono fermi, trattenuti dal campo magnetico: questo equivale allo scorrimento di una corrente nell'avvolgimento. In questo modo il segnale elettrico generato ha lo stesso andamento dell'onda acustica che ha investito il diaframma.
Nella figura seguente vengono mostrati i collegamenti all'interno di un microfono elettrodinamico (i microfoni di fascia professionale montano tutti un connettore XLR di tipo femmina).

 
Connessioni all'interno di un microfono elettrodinamico
 
 
Di seguito diamo un elenco indicativo delle caratteristiche principali dei microfoni elettrodinamici:
- Sono i più resistenti e per questo vengono comunemente impiegati in situazioni live dove i cantanti più scalmanati possono dare sfogo alla loro esuberanza senza rischiare di danneggiarli.
- La frequenza di risonanza di questo tipo di microfoni è di circa 2.5 KHz, questo li rende particolarmente adatti per la riproduzione della voce e delle chitarre.
- È in grado di sopportate pressioni sonore anche molto elevate.
 
Pregi: robustezza, collaudata affidabilità, buona qualità, silenziosità nel maneggio ed economia di acquisto.
Difetti:Soffrono di una certa inerzia per la rilevazione di suoni molto deboli e non hanno una regolarità nella risposta in frequenza, ne consegue che i fabbricanti hanno sviluppato diversi modelli con caratteristiche specifiche per vari strumenti e voce.

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Phantom power applicato ad un microfono a condensatore

Questo tipo di microfono (detto anche elettrostatico) possiede al suo interno un condensatore . Una delle due piastre del condensatore è il diaframma del microfono e vibra in accordo con l'onda acustica da cui viene investito. La vibrazione della piastra produce la variazione della distanza tra le due piastre variando così il valore della capacità. Questo implica una variazione della tensione ai capi delle piastre con un conseguente passaggio di corrente. Il diaframma viene realizzato in mylar (un tipo di plastica) rivestito di uno strato d'oro (eccellente conduttore). Si rende necessaria l'applicazione di un voltaggio per polarizzare inizialmente il condensatore. Questo prende il nome di phantom power e viene fornito generalmente dal mixer al quale il microfono viene collegato, in particolare ogni canale di un mixer possiede un bottone dedicato al phantom power che applica sul canale una tensione continua di 48V. Gli schemi a lato mostrano visualizzata l'applicazione del phantom power: la prima figura mostra lo schema elettrico, la seconda mostra lo schema logico, la terza mostra il grafico del segnale, da questo si vede che il segnale viene amplificato; questo si rende necessario in quanto la corrente generata dal microfono è molto bassa e necessita di essere amplificata prima di arrivare allo stadio di preamplificazione del mixer.
 
Dunque la tensione phantom ha il duplice scopo di polarizzare il condensatore all'interno del microfono e di amplificare la corrente proveniente dallo stesso. I microfoni a condensatore sono molto più accurati dei microfoni elettrodinamici in quanto il diaframma può essere realizzato con materiali molto leggeri e di dimensioni ridotte e dunque può risultare molto sensibile, anche alle frequenze più alte.
Di seguito diamo un elenco indicativo delle caratteristiche principali dei microfoni a condensatore:
- Diaframma molto sottile che permette una buona riproduzione anche delle frequenze più alte.
- Si può danneggiare se sottoposto al pressioni sonore molto elevate.
- Molto delicato dunque poco adatto a situazioni live. Viene piuttosto impiegato in studio.
Pregi: Straordinaria qualità di ripresa, linearità nella risposta in frequenza: è il microfono professionale per eccellenza, capace di registrare qualsiasi strumento con resa autentica e fedele. In genere ha anche la possibilità di scegliere la polarità della ripresa per mezzo di un piccolo switch posto sul corpo del microfono.
Difetti: I microfoni a condensatore veri e propri sono molto costosi e delicati, per cui se ne consiglia l'uso solo in studio. Necessitano di una alimentazione chiamata Phantom (48 volt continua), di solito equipaggiata solo in mixer di pregio. Il supporto a ragnatela per isolarlo dalle vibrazioni lascia capire che è un microfono che non può essere impugnato, che, peggio ancora, non sopporta gli urti e l'umidità delle serate nei concerti all'aperto; ragioni che lo rendono inidoneo all'utilizzo sul campo, per cui fatevi due conti prima di procedere all'acquisto.

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Microfono a cristallo piezoelettrico

Questo tipo di microfono sfrutta la proprietà di certi elementi ceramici di sviluppare un campo elettrico se sottoposti ad una compressione. Quando l'onda sonora investe il materiale lo comprime e lo espande in accordo con la propria composizione in frequenza. Il materiale così sollecitato produce la corrispondente corrente. Questi materiali hanno la caratteristica di permettere anche il procedimento inverso nel senso che se sottoposti ad una differenza di potenziale si comprimono o si dilatano; per questo motivo vengono impiegati nella costruzione di alcuni tipi di altoparlanti. I cristalli impiegati nella costruzione di questi microfoni sono sensibili al calore e all'umidità dunque offrono caratteristiche non costanti. Inoltre presentano una rapida tendenza all'invecchiamento. La qualità sonora che si ottiene da microfoni di questo tipo non è eccelsa dunque di norma non vengono impiegati nell'ambito delle registrazioni musicali, vengono piuttosto utilizzati in ambiti radio-televisivi.

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Microfoni a nastro

In questo caso un sottile nastro fatto di materiale conduttore viene sospeso all'interno di un campo magnetico e dunque quando viene messo in vibrazione, a causa di un'onda sonora, provoca uno scorrimento di corrente riproducendo lo stesso fenomeno presente nei microfoni elettrodinamici. La figura a lato illustra questa situazione:
 
Di seguito diamo un elenco indicativo delle caratteristiche principali dei microfoni a nastro:
- Il diaframma è molto sottile e questo permette una eccellente risposta alle alte frequenze anche se lo rende estremamente delicato e inadatto ad elevate pressioni sonore.
- Viene impiegato nella registrazione di voci delicate e di chitarre acustiche.

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Diagramma polare di un microfono

Finora abbiamo passato in rassegna i diversi metodi con cui l'onda sonora viene convertita in un segnale elettrico. È il momento di analizzare i diversi criteri di costruzione dei microfoni che possono essere impiegati per ottenere caratteristiche direzionali diverse. Sono infatti state messe a punto una serie di metodologie di costruzione che permettono di focalizzare la sensibilità di un microfono verso una o più direzioni specifiche e questo apre l'orizzonte a tutta una serie di tecniche di microfonaggio che vedremo nella sezione successiva. L'andamento della sensibilità a seconda della direzione di provenienza del suono viene descritto da un grafico denominato diagramma polare. Nella figura seguente vengono riportati i diagrammi polari più comuni con la loro denominazione, il centro rappresenta il microfono con il suo diaframma mentre attorno a questo viene riportato il valore della sensibilità al variare della direzione. La direzione viene misurata in gradi. 0 gradi è il punto esattamente di fronte al diaframma mentre 180 gradi indica la posizione opposta, cioè dietro al microfono. Ogni corona concentrica, a partire dalla più esterna, indica una perdita di 3 dB (per esempio, nella figura b - diagramma cadioide - si può notare una perdita di 3 dB per suoni provenienti da una direzione con un angolo di 45 gradi rispetto alla direzione centrale):
Diagrammi polari
Diamo di seguito una breve descrizione per ogni diagramma:
Circolare: il microfono è egualmente sensibile in tutte le direzioni dello spazio. Un suono viene riprodotto con la stessa accuratezza da qualsiasi direzione provenga (almeno in linea di principio) in quanto un diagramma perfettamente circolare risulta impossibile da ottenere a causa di vincoli fisici.
Cardioide: il nome deriva dalla linea a forma di cuore del diagramma. In questo caso i suoni provenienti da dietro il microfono non vengono captati dallo stesso o meglio, come vedremo, vengono drasticamente attenuati.
Figura a 8: in questo caso il microfono è in grado di captare al meglio i suoni provenienti sia da dietro che da davanti ma risulta insensibile ai suoni provenienti dalle direzioni laterali.
Super cardioide: come il diagramma cardioide ma con caratteristiche di direzionalità accentuate. Tuttavia per stringere il diagramma anteriore bisogna accettare l'insorgenza di un piccolo lobo posteriore. Ciò implica un leggero aumento della sensibilità ai suoni provenienti da dietro al microfono.
Iper cardioide: Come il super cardioide ma con caratteristiche di direzionalità ancora accentuate. Da notare la presenza ancora maggiore del diagramma cardioide posteriore.
Shotgun: prende il nome dal tipo di mircofono a cui questo diagramma è associato che verrà descritto nelle successive sezioni.
Nella figura seguente vengono riportati i diagrammi polari precedenti in una visione tridimensionale:

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Microfono della telecamera:

questo è un microfono abbastanza buono che si può prestare bene per cogliere i rumori di fondo di una scena, ma praticamente inutile per la registrazione della voce di chi parla perché, di solito, si trova troppo distante dalla persona che parla.

Microfono Lavalier:

è il microfono standard che si utilizza per le interviste; viene fissato sull'abito della persona che parla (sulla cravatta, sul risvolto della giacca o della camicia o, quando si tratta di una signora, sulla scollatura dell'abito).
Funziona molto bene soprattutto per le interviste, ma ci sono aspetti svantaggiosi quando non è collocato nel modo migliore e quindi la persona che parla e si muove provoca dei fruscii dovuti al contatto tra il microfono e l'abito.

Microfono "ipercardioide":

è il classico microfono che si usa per la registrazione di dialoghi o per la registrazione di interventi di persona al di fuori dell'intervista "personale". È stato progettato e previsto in modo che possa "catturare" quei suoni proveniente da un'area ristretta di fronte allo stesso.
Anche questo modello viene adottato per le interviste: in questo caso viene fissato in alto (il famoso microfono a giraffa) e quasi di fronte alla persona ma in modo tale che lo stesso non entri nell'inquadratura.

Microfono "shotgun":

questo è invece un microfono direzionale e per questa sua caratteristica è l'ideale per la registrazione di suoni molto distanti. Infatti non si usa in interno perché coglierebbe tutti gli echi che si formano proprio a causa dell'ambiente piccolo. Per gli interni è preferibile, infatti, l'uso del microfono ipercardioide.

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Classificazione dei microfoni in base alle loro caratteristiche direzionali

Microfoni omnidirezionali

Questo tipo di microfono presenta un diagramma polare di tipo circolare. Vediamo come viene realizzato nel dettaglio con riferimento alla figura a lato:
Il diaframma viene montato su un avvolgimento al cui interno è presente un magnete. Il diaframma è circondato da un materiale elastico che ne impedisce i movimenti laterali. Il retro del diaframma di trova all'interno di una sezione completamente chiusa salvo che per un piccolo foro che permette il minimo passaggio d'aria dovuto al movimento dello stesso diaframma. Dato che il suono ha la capacità di oltrepassare gli ostacoli , i suoni provenienti dalla direzione posteriore oltrepassano il microfono e le compressioni e dilatazioni muoveranno comunque il diaframma. Una leggera differenza tra la risposta ai suoni provenienti da dietro e da davanti è dovuta alla piccola perdita alle alte frequenze che non riescono a superare l'ostacolo del microfono.

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Microfoni unidirezionali

Questo tipo di microfono presenta un diagramma polare di tipo cardioide. Lo schema di realizzazione è riportato qui a lato:
Schema interno di un microfono a cardioide Dietro al diaframma è presente un sistema di ritardo acustico (delay network) che ha il compito di ritardare i suoni che provengono dalla direzione posteriore. Un suono proveniente dalla direzione posteriore sollecita il diaframma come abbiamo visto nel caso del microfono omnidirezionale. Tuttavia a causa dei piccoli fori laterali, lo stesso suono penetra all'interno della parte posteriore del microfono. Una volta entrato il suono incontra un sistema di ritardo che convoglia il suono in una serie di percorsi alternativi ritardandone l'arrivo al diaframma. Quando il suono ritardato giunge il diaframma, è invertito di fase rispetto al suono che, grazie alla diffrazione, è arrivato sulla parte anteriore del microfono (sottolineamo una volta di più che tiamo considerando solo il suono proveniente dalla direzione posteriore del microfono). Questa situazione si traduce nell'annullamento dei due suoni, quello anteriore e quello posteriore ritardato che arriva in controfase. Dunque il suono posteriore viene eliminato o per lo meno viene drasticamente attenuato. Lo stesso sistema di ritardo agisce sul suono frontale: una parte di quest'ultimo va a sollecitare direttamente il diaframma, un'altra parte penetra nei fori laterali e dopo il passaggio nel sistema di ritardo si presenta in fase al diaframma. Questo fa sì che i due segnali si sommino garantendo una riproduzione fedele del segnale frontale che viene in questo modo rinforzato. Nel caso di microfoni a condensatore, la presenza della piastra posteriore impedisce al suono di giungere al diaframma frontale attraverso il sistema di ritardo acustico dunque si utilizza una tecnica diversa. Aggiungendo un altro condensatore con montato un diaframma posteriore. In uscita il segnale proveniente dal condensatore posteriore viene invertito di fase e sommato al segnale anteriore. Questo permette la cancellazione del suono posteriore e il rinforzo di quello anteriore. Si è visto come più tentiamo di restringere la forma cardioide più notiamo l'insorgenza di un lobo posteriore. Ciò è dovuto al fatto che il sistema di ritardo non è in grado di cancellare correttamente suoni che provengono da una direzione con un angolo troppo piccolo rispetto alla direzione centrale.

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Microfoni a gradiente di pressione

Il diagramma polare in questo caso è di tipo: figura di 8. Questo tipo di diagramma viene realizzato con dei microfoni a nastro. In questo caso il microfono viene sollecitato dal suono proveniente dai lati mentre i suoni provenienti da davanti (o da dietro) non vengono captati. Questi microfoni sono utili per registrazioni stereo, vedremo in seguito come utilizzarli in questo contesto.

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Microfoni a condensatore a doppio diaframma

Questo tipo di microfoni è molto versatile in quanto consente di modificare le caratteristiche di ogni diaframma e di ottenere, dalla combinazione dei due, diagrammi polari con le caratteristiche ricercate. Alla base abbiamo due diaframmi posti uno di fronte all'altro e un circuito in grado di pilotarli tramite appositi interruttori. Vediamo le diverse configurazioni implementabili:
- Omnidirezionale
- I diaframmi hanno ognuno lo stesso diagramma polare a cardioide e hanno la stessa polarità.
- Figura a 8
- In questo caso i diaframmi hanno lo stesso diagramma polare ma hanno la polarità invertita. Ciò garantisce che i suoni provenienti dalle direzioni laterali vengano cancellati poichè generano segnali in opposizione di fase.
- Cardioide
- In questo caso i due diaframmi a cardioide vengono messi in opposizione di fase il segnale relativo a uno dei due viene attenuato. A seconda dell'intensità dell'attenuazione possiamo generare tutte le sfumature da cardioide a ipercardioide

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Microfoni PZM (Pressure Zone Microphones - Microfoni a zona di pressione)

Una zona di pressione è uno spazio costruito con superfici altamente riflettenti. Dunque in prossimità della zona di pressione il campo sonoro viene quasi raddoppiato essendo composto sia dall'onda incidente che dall'onda riflessa. La zona di pressione ha una dimensione pari a 1/6 della lunghezza d'onda in quanto, al fine di ottenere un rinforzo del campo sonoro è necessario che onda incidente e riflessa si trovino in fase. I microfoni PZM sono montati su apposite piastre orizzontali e vengono posizionati all'interno della zona di pressione. Dunque per un segnale composito che si estende su una gamma di frequenze da 20 Hz a 20 KHz bisogna considerare la frequenza maggiore al fine di trovare la posizione ideale per il piazzamento del microfono. Per una frequenza di 20 KHz il microfono dovrà essere piazzato ad una distanza inferiore a 2.8 mm dalla superficie riflettente. Nonostante le ridotte dimensioni dei diaframmi, i microfoni PZM hanno comunque una buona risposta alle basse frequenze.

 
Il diagramma polare è molto largo ed è di tipo emisferico:
 
 
 

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Microfoni speciali

Shotgun - Microfono lineare

Questo microfono è costituito da un diaframma posto alla fine di un tubo su cui vengono applicate delle fessure. Il principio di funzionamento consiste nel fatto che qualsiasi suono che non proviene dalla direzione di puntamento, penetra all'interno delle fessure e, a causa della lunghezza del tubo, subisce innumerevoli riflessioni che mediamente si annullano le une con le altre. I suoni provenienti dalla direzione di puntamento percorrono invece il tubo senza ostacoli. Questo microfono viene usato per puntare una precisa sorgente sonora nello spazio, anche a grande distanza.

Parabolico - Microfono a riflettore

In questo caso la parabola, costruita utilizzando materiali altamente riflettenti, concentra in un unico punto il suono proveniente da una direzione con una conseguente amplificazione dello stesso

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Grandezze elettriche specifiche dei microfoni

Le caratteristiche di un microfono vengono quantificate da una serie di grandezze elettriche che ne riassumono il comportamento.

Rumore interno

È generato dai componenti elettrici all'interno del microfono. Sicuramente la circuiteria presente nei microfoni a condensatore è maggiore di quella all'interno dei microfoni elettrodinamici dunque l'incidenza del rumore termico è maggiore nei primi anche in virtù del fatto che il segnale generato ha intensità molto minore rispetto ai microfoni elettrodinamici. La risposta del microfono rispetto al rumore interno viene misurata in dBu e un valore pari a 100 dBu viene considerato accettabile.

Distorsione

Viene misurata in termini di THD percentuale per un certo valore di dBspl. Per esempio:
THD = 0.002% a 140dBspl.

Sensibilità

Descrive la capacità di un microfono di convertire accuratamente una forma d'onda acustica (misurata in Pascal -Pa-) in un segnale elettrico (misurato in Volt -V-). La sensibilità viene misurata in mV/Pa
Valori tipici di sensibilità sono:
- Microfoni dinamici: 1-10 mV/Pa
- Microfoni a condensatore: 5-20 mV/Pa

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Tecniche di microfonaggio stereo

L'obiettivo di queste tecniche è quello di riprodurre un campo sonoro stereo e dunque fanno uso di due o più microfoni posizionati opportunamente. Le tecniche sono state suddivise in tre gruppi: microfoni coincidenti, microfoni vicini, microfoni lontani. Ogni tecnica presenta caratteristiche diverse al pari di vantaggi e svantaggi che vengono descritti nel seguito

Microfoni coincidenti

In questo caso si impiegano due microfoni posizionati nello stesso punto. Per questo motivo le differenze che vengono registrate dai due microfoni sono relative all'ampiezza e non alla fase; infatti il suono investe contemporaneamente i due diaframmi. Ciò rende questo tipo di tecniche mono-compatibili e dunque adatte per un utilizzo radio-televisivo.

Tecnica Blumlein

Questa tecnica basa la sua resa dell'effetto stereo sulla presenza delle riflessioni che vengono captate dai lobi posteriori dei due microfoni. Vengono usati due microfoni con diagramma polare a figura di 8 denominati 1 e 2 e posizionati come nella figura a lato:
L'angolo tra i due diaframmi è fissato a 90 gradi. Il microfono 1 punta verso la parte sinistra del campo sonoro mentre è sollecitato dalle riflessioni della parte destra. Il discorso inverso vale per il microfono 2. Questa tecnica risulta particolarmente efficace in presenza di ambienti di elevata resa acustica in cui la presenza delle riflessioni contribuisce in modo determinante alla colorazione del suono. Sul mixer i due segnali vengono tenuti separati e convogliati direttamente sulle uscite.

Tecnica XY

In questo caso vengono impiegati due microfoni a condensatore con diagramma polare a cardioide con un angolo che varia dai 90 ai 110 gradi (un angolo troppo ampio potrebbe creare un 'buco' nell'immagine stereo).
 
Sul mixer i due segnali vengono tenuti separati e convogliati direttamente sulle uscite.

Tecnica MS - Mid Side

Questa tecnica prevede l'utilizzo di due microfoni, uno con diagramma polare cardioide e uno a figura di 8 posizionati come in figura:

Il microfono cardioide riproduce il segnale proveniente da davanti mentre quello a figura di 8 riproduce i segnali laterali. Per decodificare questi segnali sul mixer viene utilizzato lo schema descritto nella figura seguente:

Il segnale centrale viene riprodotto tale e quale mentre quello proveniente dal microfono a figura di 8 viene separato in due. Una parte viene mandata all'altoparlante di sinistra mentre l'altra viene invertita di fase e successivamente mandata all'altoparlante di destra dopo che entrambe sono state attenuate di 3 dB (ciò compensa il fatto che il segnale è stato inizialmente sdoppiato). La mono-compatibilità è assicurata dal fatto che sommando i due segnali, quello proveniente dal microfono a figura di 8 si elide. L'ampiezza dell'immagine sonora viene stabilita dai controlli panoramici che operano sui due segnali laterali.

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Fonte:la rete e i tecnici di Videostudio1