Microfoni – III

Caratteristiche Polari

Le caratteristiche fondamentali di polarità da tenere in considerazione per quanto riguarda la scelta di un microfono sono essenzialmente 3, la prima come già visto è la scelta del diagramma polare in relazione al metodo di ripresa che si vuole ottenere, quindi per una più ampia ripresa un valore polare omnidirezionale, mentre per una ripresa più selettiva e con meno rientri si utilizzeranno microfoni direzionali come cardioidi, supercardioidi, ipercardioidi o figure polari ibride.

La seconda riguarda il Fattore Distanza, cioè a quale distanza deve essere posto il microfono avente un diagramma polare differente da quello omnidirezionale per avere la stessa energia di ripresa. Con un microfono omnidirezionale avente una ripresa polare a 360°, si otterrà un contributo energetico maggiore rispetto a microfoni direzionali considerando la medesima proprio per l’angolo di ripresa maggiore.

Di seguito i fattori di distanza dei più comuni diagrammi polari utilizzati:

Fattore Distanza

Omnidirezionale 1.0     Cardioide 1.7    Supercardioide 1.9      Ipercardioide 2.0            Bidirezionale 1.7

Da come si evince il microfono ipercardioide essendo il più direzionale dovrà essere posto ad una distanza pari a 2 volte la distanza tra la sorgente e il microfono omnidirezionale per avere lo stesso contributo energetico. Questo in quanto all’aumentare della distanza aumenta il raggio di copertura.

Utilizzando sempre questo principio è possibile sapere e quindi tenere in considerazione la terza caratteristica fondamentale nella scelta di un microfono, e cio’è il contributo di energia ottenuto dai vari diagrammi polari considerando la medesima distanza.

R.E.E. ( efficienza di energia casuale )

Omnidirezionale 0 dB   Cardioide – 4,8 dB   Supercardioide – 5,7 dB   Ipercardioide – 6 dB       Bidirezionale – 4,8 dB

E’ chiaro come il microfono ipercardioide essendo il più direzionale è anche quello con il minor contributo energetico.

n.b. Per questo motivo microfoni direzionali vengono costruiti con il pre-amplificatore avente una maggiore sensibilità ( mV ) rispetto a quelli omnidirezionali ( il grado di sensibilità rispetta circa il rapporto del fattore di distanza e fattore di energia casuale ), per cui nell’utilizzo di tutti i giorni un microfono direzionale può essere posizionato alla stessa distanza di un microfono omnidirezionale senza o comunque con minimi problemi derivati dal fattore di distanza e di energia casuale, compensati in fase costruttiva.

In termini pratici il secondo e terzo fattore sono rilevanti ai fini di una scelta di acquisto ed utilizzo soprattutto se il costruttore non ha costruito il microfono compensando i fattori di distanza ed energia casuale. Idealmente è comunque impossibile pareggiare al 100% questi fattori tale da avere microfoni con diagrammi polari differenti ed efficienze energetiche di pari valore. Per questo se si necessità di microfonaggi a distanza è sempre bene utilizzare microfoni più direttivi tanto più ci si allontana dalla sorgente, tale da minimizzare i rientri ed interferenze su angolature esterne a quella polare stessa del microfono e potendolo posizionare a distanze maggiori per avere un energia di ripresa sempre ottimale paragonandolo a come fosse la stessa in una ripresa più ravvicinata utilizzando un microfono omnidirezionale.

Di seguito una rappresentazione grafica del fattore di distanza ed efficienza di energia casuale ( fig. 1 ).

fig. 1 2016-08-19_14-57-22.jpg

Considerazioni sull’utilizzo

Se un microfono direzionale ( gradiente di pressione ) viene coperto con le mani ( anche solo la parte posteriore, capita molto spesso con musicisti inesperti per errore, ma sfruttato timbricamente dai professionisti ), o coperto con del nastro ( esempio per tenere fissa la capsula o il wind filter in caso di problematiche ), tale microfono diventerà a pressione in quanto si andrà a coprire la parte posteriore della capsula impedendo le variazioni di compressione dell’aria. Avrà per cui un diagramma polare omnidirezionale, quindi varierà anche il suo fattore di distanza ed efficienza di energia casuale, andando a generare diversi valori di sensibilità oltre che variazioni sulla risposta in frequenza e dinamica non prevedibili. Per questo bisogna fare attenzione, soprattutto quando ci si trova davanti ad un monitor da palco, in quanto si rischia di causare il larsen ( fischio continuo crescente ) per via della ripresa energetica a 360°, ed in più aumentano i rientri sul microfono stesso alterando ” il più delle volte peggiorando ” la qualità timbrica finale. In caso di utilizzo di questa particolare tecnica ai fini creativi è buona norma allontanarsi da possibili rientri, compreso il monitor di palco.

Vedremo poi più avanti le categorie di microfoni e come questi vengono utilizzati in base al tipo di applicazione.

Se un microfono viene poggiato a comunque avvicinato a delle pareti riflettenti queste contribuiranno a creare riflessione che incideranno in fase, in controfase ed in ritardo, variandone non solo le caratteristiche della risposta in frequenza e dinamica complessiva ma anche del diagramma polare. Tendenzialmente ogni diagramma polare perderà l’efficenza di ripresa nella zona in cui è presente il piano riflettente ( es. zona posteriore se la parete è subito dietro al microfono ) in quanto vi è la presenza di un ostacolo, guadagnando 6 dB per le riflessioni in fase e perdendo 6 dB per quelle in controfase e valori intermedi per tutto il resto. In caso invece di parete completamente assorbente non vi sarà guadagno ma solo attenuazione nell’angolo in cui vi è la presenza della parete, in quanto è solo assorbente e non riflettente e va a coprire una parte di ripresa della capsula microfonica. Per pareti miste ci saranno sempre valori intermedi.

L’utilizzo di pareti può essere utile in caso si vogliano effettuare particolari tipologie di ripresa, appunto per avere un guadagno di sensibilità in un microfono più scadente, un diagramma polare più direttivo per un microfono maggiormente omnidirezionale, per ottenere maggiori attenuazioni fuori asse o per un qualsiasi scopo creativo. E’ importante però sapere la presenza di questo fenomeno e cercare di evitarlo in caso si vogliano effettuare riprese nel rispetto del diagramma polare e caratteristiche tecniche del microfono stesso.

Come vedremo in altre argomentazioni anche uno stesso strumento musicale può essere considerano un piano più o meno riflettente che va ad alterare la risposta del microfono utilizzato, per cui la tecnica di microfonaggio diventa molto importante ai fini di ottenere una ripresa di qualità.

End Fire e Side Fire

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Partiamo dal fatto che esistono due categorie fondamentali di microfoni a seconda del loro posizionamento rispetto alla sorgente in modo da far risultare il diaframma in asse con l’onda acustica incidente:

  • END FIRE ( fig. 2 )

Affinché vi sia una corretta ripresa seguendo il diagramma polare del microfono in modo da avere la sorgente perpendicolare al microfono stesso, va posizionato direttamente verso la sorgente ( fig. 4 ).

fig. 4 2016-08-18_17-31-45

  • SIDE FIRE ( fig. 3 )

Affinché vi sia una corretta ripresa seguendo il diagramma polare del microfono in modo da avere la sorgente perpendicolare al microfono stesso, va posizionato con la facciata laterale verso la sorgente ( fig. 5 )

fig. 5 2016-08-18_17-34-10.jpg

Con il microfono Side Fire è bene fare attenzione a quale sia la facciata attiva o anteriore ( in cui la ripresa sia in fase, generalmente indicato sul microfono stesso o sul manuale d’uso ).

Microfoni multipolari sono tutti Side Fire per consentire l’utilizzo e la montatura di 2 diaframmi e i rispettivi diagrammi polari.

Microfoni Wired ( cavo ) e Wireless ( senza cavo )

I microfoni End Fire e Side Fire si possono dividere in ulteriori tipologie quali:

  • WIRED ( fig. 2 – 3 )
  • WIRELESS ( fig. 6 )

I Wired quelli che analizzeremo in questo argomento, sono i cosiddetti microfoni a cavo e cioè i microfoni in cui il segnale è trasmesso in tensione elettrica dalla sua generazione fino al pre-amplificatore tramite cavo conduttore, questi microfoni poi come vedremo hanno molti e grossi vantaggi in più rispetto ai wireless sia per qualità che per dinamica.

Nei Wireless ( per lo più End Fire ) il segnale audio subirà diversi processi ottenendo perdite maggiori di qualità che nei Wired, questo processo trasforma il segnale elettrico in radiofrequenza dopo aver passato un circuito di equalizzazione e compensazione dinamica per poi essere ritrasformato in segnale elettrico una volta che la radiofrequenza sarà captata e trasdotta da un apposito ricevitore.

fig. 6 FQBY6JTGSUT1ODD.MEDIUM

Diaframma Mobile

Qualsiasi tipo di microfono ha bisogno di un diaframma mobile per poter funzionare.

Il diaframma mobile o membrana microfonica ha il compito di prelevare il segnale acustico incidente e trasferirlo a componenti elettromagnetici od elettrostatici che hanno il compito di trasdurre il segnale acustico in segnale elettrico.

La struttura del diaframma mobile è varia e con metodi costruttivi e dimensioni differenti come già visto anche nei precedenti articoli, i materiali utilizzati variano in base alla tipologia di capsulatrasduttore ma la finalità è la stessa. Come vedremo differenti tipologie di diaframmi mobili porteranno a diverse specifiche tecniche dei microfoni e cio’è incideranno fortemente su tutti i valori delle caratteristiche tecniche finali.

Il diaframma mobile nel suo stato di quiete è fermo e fissato alle estremità tramite giunti elastici all’hardware della capsula microfonica ( fig. 7 ), ( vedremo poi i materiali e le tecniche utilizzate per fissare il diaframma mobile alla capsula microfonica, il principio da seguire è sempre quello di realizzare giunti che permettano il trasferimento smorzato della minor vibrazione e calore possibile, riducendo le vibrazioni e dissipando il calore si ottiene cosi un interferenza del corpo e giunti stessi del microfono verso il diaframma mobile minore.

fig. 7 2016-08-24_12-29-52

Quando un onda sonora incide sul diaframma mobile questo vibra e si muove in base alle proprietà dell’onda sonora incidente, tanto più la pressione sonora è elevata e tanto più il diaframma subirà uno spostamento dal proprio asse fino a determinare i valori massimi di Max SPL prima della rottura o comunque prima dell’introduzione di fenomeni distorsivi rilevanti THD %. La velocità di vibrazione invece dipende dalla frequenza dell’onda incidente.

Quando l’onda acustica sarà in fase di compressione il diaframma tenderà a comprimersi spostandosi verso l’interno, quando invece l’onda acustica sarà in fase di rarefazione il diaframma tenderà a ritornare al suo stato di quiete ( fig. 8 ) ( fig. 9 ).

fig. 8 2016-08-24_12-56-42.jpg

fig. 9 2016-08-24_12-55-15.jpg

n.b. Il diaframma mobile è molto sensibile anche alle più piccole vibrazioni di pressione, per questo è buona norma maneggiarlo con cura ed evitare di picchiare o sbattere sulla capsula microfonica che potrebbe facilmente portare a danni e rotture.

Dimensioni Diaframma mobile

La dimensione del diaframma si divide fondamentalmente in due categorie:

  • GRANDE DIAFRAMMA ( fig. 10 )
  • PICCOLO DIAFRAMMA ( fig 11 )

fig. 10 akg-c214-microfono-a-condensatore-0-600x480  fig. 11  Neumann_Klm184mtb_grande

Il grande diaframma con dimensioni da 1″ in su, circa una moneta da 1 o 2 euro ha maggiori direttività a frequenze molto più basse rispetto a quella del piccolo diaframma, quindi a basse frequenze lavora meglio riuscendo a trasdurre più qualitativamente lunghezze d’onda che siano anche 3 – 4 volte superiori al diametro del diaframma stesso.

Per chiarimento, una lunghezza d’onda in bassa frequenza ad esempio 80 Hz, come può essere la fondamentale della grancassa della batteria, ha una lunghezza d’onda di 4,3 m e questa sarà la distanza occupata da tale onda nello spazio. Prendendo in considerazione la sola compressione, quindi mezza lunghezza d’onda di 2,15 m, questa dovrebbe essere la ripresa ideale ( quindi la larghezza del diaframma ideale ) per trasdurre il completo contributo energetico dell’onda fornendo quindi un maggiore realismo. E’ però impossibile utilizzare microfoni con diaframma di tali dimensioni, per cui ci si limita ad utilizzare i larghi diaframmi standardizzati, ritrovabili in commercio, che consentono comunque con un minimo contributo energetico di ottenere un buon risultato trasducendo molto accuratamente il suono originario. Spesso però il valore energetico prelevato dal microfono in bassa frequenza è valorizzato con dei circuiti risonanti all’interno del microfono stesso che ne limita un po’ la qualità. È chiaro quindi come un diaframma di ancora più piccole dimensioni abbia rendimenti via via più inferiori alle basse frequenze.

Diffidare dalla risposta in frequenza di microfoni a piccolo diaframma ultra lineari anche alle basse frequenze, in quanto la ripresa energetica per il calcolo della risposta in frequenza come definito prima è spesso aiutata da appositi circuiti risonanti e calcolata il più delle volte attraverso metodi a pressione, con lo sfruttamento di onde piane, che limitano i valori energetici fuori asse, fattori di forte rilevanza nelle riprese reali soprattutto alle basse frequenze essendo onde omnidirezionali in relazione alla grandezza della sorgente, comunque molto meno direttive che le alte.

Il largo diaframma, avendo una massa maggiore risponde meno alle alte frequenze attuando una piccola compressione e attenuazione nella risposta, inoltre un diaframma grande riesce a sopportare pressioni sonore minori, in quanto pone sotto sforzo più punti della stessa rispetto ad un piccolo diaframma.

Come contro poi, un grande diaframma possiede una maggiore elasticità, quindi è più soggetto a deformazioni quando la pressione acustica incide su di esso andando ad alterare la risposta.

Un largo diaframma poi ha un livello di rumore intrinseco più basso rispetto ad un piccolo diaframma in quanto riesce a generare una maggiore energia quindi mantiene più alto il rapporto segnale rumore.

Utilizzando un piccolo diaframma, con dimensioni da 1/2″ e 1/4″, avente circa le dimensioni di una moneta da 20 – 10 centesimi, si riusciranno meglio a prelevare le alte frequenze essendo esso molto più leggero, ma con molta carenza per le basse. Un diaframma piccolo è anche meno elastico e supporta pressioni sonore più elevate.

Un diaframma più piccolo avrà anche fenomeni di diffrazione più ridotti, quindi la dimensione del microfono andrà ad alterare meno la sua risposta in frequenza, e tanto più è piccolo e tanto più le alterazioni sono spostate verso le alte frequenze, diaframmi di 1/2″e 1/4″permettono di costruire microfoni con risposta lineare fino a 20 Khz.

Più il diaframma è grande e più frequenze con lunghezze d’onda prossime e più piccole delle dimensioni del microfono stesso creeranno interferenza per diffrazione e riflessione che altereranno la risposta in frequenza.

Anche l’angolo di incidenza dell’onda sonora porta a determinare le caratteristiche finali della trasduzione del segnale acustico in elettrico, per cui diaframmi larghi subiranno maggiori oscillazioni rispetto a diaframmi piccoli anche per i suoni proveniente da angolature diverse da 0°.

È bene quindi scegliere la corretta dimensione del diaframma in relazione alla sorgente da riprendere.

Di seguito una tabella indicativa sulle dimensioni dei diaframmi ed i valori teorici di sensibilità, frequenza di taglio superiore, massima pressione sonora supportata ( considerando microfoni campione e quindi senza l’utilizzo di pre-amplificatori o capsule modificate e senza griglia di protezione ) ( fig. 12 ).

fig. 122016-08-18_18-35-46.jpg

n.b. Il tipo di diaframma-capsula utilizzata fa dipendere variabili di questi valori medi, come vedremo quando studieremo le varie tipologie di microfoni, quelli dinamici possono avere valori Max SPL anche superiori, quelli a condensatore molto simili alla media e quelli a nastro valori più bassi.

I valori sopra riportati sono indicativi per un onda sonora incidente sull’asse microfonico 0°, per angolature differenti il diagramma polare inciderà fortemente sulle caratteristiche tecniche, tendenzialmente variano verso valori negativi, in quanto il diaframma microfonico tenderà a muoversi non più omogeneamente come visto nei grafici precedenti ma in modo discontinuo ( fig. 13 ), quindi peggiorerà la qualità complessiva, ma che a volte come vedremo quando parleremo di tecniche di ripresa microfonica potranno servire per determinati scopi di ripresa in risoluzione ad alcune problematiche.

fig. 13 2016-08-24_13-18-50.jpg

Anche il diaframma come tutti i componenti utilizzati per la costruzione del microfono si usura con il tempo, in questo caso l’usura è accelerata quando il diaframma viene sottoposto a forti sbalzi e picchi di pressione ( forti accelerazioni ) e subisce forti sbalzi di temperatura ( è per cui bene alloggiare i microfoni in ambienti di temperatura controllata generalmente da – 10° a + 40° e che il trasporto non faccia sbattere il microfono ).

Un diaframma mobile in fase di usura tende a variare la sua risposta in frequenza a parità di pressione sonora incidente, generalmente spostandosi verso le basse e ponendo una maggiore attenuazione alle alte frequenze.

Altre tipologie di diaframmi:

Come accennato i vari costruttori possono prevede forme differenti della capsula microfonica ma anche del diaframma mobile stesso, diverse da quelle comuni e più utilizzate circolari od anulari. Un esempio quello in figura 14 ed una variante multi diaframma ( 4 diaframmi ) in figura 15.

Fig. 14 singolo diaframma rettangolare.PNG Fig. 15 4 diaframmi rettangolari

In figura 14 e 15 sono rappresentati dei diaframmi per microfoni a condensatore di forma rettangolare, questo tipo di forma è simile a quella di un diaframma per microfono a nastro per cui ha la peculiarità e vantaggio di poter realizzare un diaframma allungato al fine di ottenere una maggiore sezione di ripresa con dimensioni della capsula contenute, maggiore rispetto ad un diaframma circolare, e quindi di avere una migliore resa sulle basse e medio-basse frequenze, essendo rettangolare poi come si vede dalla figura 15 in cui vi sono 4 diaframmi, vi è la possibilità di realizzare appunto capsule modulari, aggiungendo per cui più di 1 diaframma, al fine di ottenere una sezione complessiva della somma delle sezioni dei singoli diaframmi in quanto perfettamente accoppiati, non realizzabile invece con diaframmi circolari per ovvi motivi geometrici. Un diaframma composto e cosi realizzato permette quindi di realizzare un diaframma complessivo via via più grande, garantendo sempre migliori prestazioni in bassa frequenza, migliorando notevolmente di conseguenza anche la dinamica ed abbassando il li livello di rumore di fondo, elementi caratteristici dei microfoni a largo diaframma.

Di contro vi è il fatto che un diaframma rettangolare rispetto ad uno circolare ottiene movimenti più scomposti dipendente dalla zona di incidenza dell’onda sonora, in quanto che il raggio non è unitario, come invece è in quello circolare, e tanto più ci si avvicina all’angolo e tanto più il diaframma tende a porre resistenza, variando la risposta in frequenza in base al punto di incidenza dell’onda sonora, non dipendente principalmente solo dal tipo di materiale utilizzato ed eventuali sospensioni connesse al diaframma ( come avviene invece in quelli circolari ), e per i microfoni multi diaframma dovrà essere fondamentale la perfetta correlazione di fase ( movimento ) tra i vari diaframmi all’incidere dell’onda sonora per evitare sfasamenti quando sommati per ottenere in uscita un suono monofonico generalmente per uno o più diagrammi polari di ripresa.

Un ulteriore variante può essere nella posizione dei vari diaframmi, come ad esempio un doppio diaframma a condensatore uno sopra l’altro appositamente distanziati per una corretta correlazione di fase, ottimizzata poi dal circuito che compone il microfono.

Altro sui Microfoni:

Microfoni – I ( Principio di Funzionamento, Tipologie di Microfoni, Microfoni di Ripresa, Diagrammi Polari )

Microfoni – II ( Altri Diagrammi Polari )

Microfoni – IV ( Microfoni di Velocità e Spostamento, Larsen e Feedback, Posizionamento di Monitor, Effetto Prossimità, Comb Filtering, Doppio Diaframma Mobile, Sospensioni Mobili )

Microfoni – V ( Categorie dei Microfoni di Ripresa, Microfoni Analogici, Cenni Storici, Microfoni a Carbone, Microfoni Piezoelettrici, Microfoni Ceramici )

Microfoni – VI ( Microfoni Dinamici, Microfoni a Nastro, Microfoni a Bobina Mobile )

Microfoni – VII ( Microfoni a Condensatore )

Microfoni – VIII ( Microfoni Valvolari, Parabole, Shotgun )

Microfoni – IX ( Microfoni PZM, Boundary Layer, Gooseneck )

Microfoni – X ( Microfoni Lavalier, Headsest, Microfoni Digitali )

Microfoni – XI ( Sub Kick, Doppio Elemento, Array di Microfoni, Microfoni di Misura, Calibratori Acustici )

Microfoni – XII ( Sonde Intensimetriche, Idrofoni, Microfoni Laser, Caratteristiche Tecniche )

Microfoni – XIII ( Aste Microfoniche, Accessori e Supporti, Pop Filter e Wind Filter, Zeppelin, Shock Mount, Reflection Filter )

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Microfoni di Velocità e Spostamento

Come vedremo anche in altoparlanti ( solo in maniera opposta ), la tensione generata dall’interazione di un campo magnetico permanente con un campo magnetico variabile come può essere la bobina ferromagnetica di un microfono immersa in un campo magnetico costante quando viene attraversa da corrente, dipende fortemente dalla velocità di vibrazione del diaframma, in quanto esso è il dispositivo a cui la bobina ferromagnetica è collegata, per cui microfoni che utilizzano questo tipo di funzionamento sono anche chiamati Microfoni di Velocità ( fig. 1 ), la frequenza di vibrazione comporta la sensibilità di uscita.

I microfoni di velocità sono essenzialmente quelli a bobina mobile ( tranne che per il microfono a carbone ), che in teoria erogano maggiore sensibilità all’aumentare della frequenza ( quindi maggiore tensione ), cosi da determinare forti carenze sulle basse frequenze, ma in realtà tramite particolari processi costruttivi questo problema viene parzialmente risolto, ma la risposta in frequenza risulta sempre come vedremo essere molto irregolare.

Tutti gli altri microfoni ( come quelli a condensatore ) sono chiamati Microfoni a Spostamento ( fig. 2 ), in quanto non possedendo un campo magnetico al loro interno dipendono esclusivamente dallo spostamento del diaframma stesso. I microfoni a spostamento sono i microfoni con la risposta in frequenza più lineare.

fig. 1 frequency-response_sm57

fig. 2  frequency-response_sm81

Feedback e Negative Feedback o Larsen e Negative Larsen

Il Feedback ( fig. 3 ) o più comunemente chiamato effetto Larsen ( i due si differenziano in quanto il Feedback indica il percorso che segue il segnale fino a generare il Larsen e cioè l’impulso sonoro continuo ) ( Larsen è il nome del suo scopritore ), è quel “ fischio “ che si sente quando si avvicina uno strumento di ripresa come il microfono ad uno strumento di diffusione come monitor da palco o P.A. o qualsiasi diffusore acustico. Tale fischio si viene a generare in quanto, data una sorgente, il contributo di segnale prelevato dal microfono verrà amplificato e diffuso, se la pressione acustica diffusa viene ripresa dallo stesso microfono con intensità pari o superiore a quella prelevata dal microfono rispetto alla sorgente ed in fase vi si crea un circuito risonante rilevante e quindi fortemente udibile, inizialmente ad una determinata frequenza e cioè quella di maggiore intensità, poi successivamente anche ad altre frequenze in corrispondenza della prima frequenza che innesca il larsen e delle rispettive frequenze con maggiore intensità ed in fase. Generalmente tale risonanza è generata in un range di frequenze medio-basse / medio-alte.

fig. 3 2016-08-21_16-34-59

Il contrario del Feedback o Larsen è il Negative Feedback o Negative Larsen, praticamente è lo stesso principio solo opposto, invece di considerare le frequenze in fase si considerano le frequenze in controfase. Queste non generano disturbo e ” rumore ” come quelle Larsen ma al contrario generano buchi nella risposta in frequenza causando peggioramenti nella timbrica e quindi qualità sonora finale.

Il Larsen è più dannoso del Negative Larsen in quanto che altera fortemente la risposta in frequenza in prossimità del larsen e soprattutto se ad alti livelli può portare al danneggiamento dell’altoparlante stesso che lo riproduce, oltre che creare fastidio e poter danneggiare anche l’apparato uditivo umano che lo percepisce ( ricordo che i valori dei livelli di pressione sonora massimi sopportabili dall’uomo sono 120 – 130 dB ).

Il Negative Larsen invece è dannoso in termini qualitativi ed è molto più difficile da percepire in quanto che genera buchi nella risposta in frequenza ( l’orecchio umano è più sensibile alle variazioni di guadagno in amplificazione che in attenuazione ).

Per un livello di Larsen ci sarà il suo corrispondente livello di Negative Larsen, per cui risolvendo un problema si risolve anche l’altro.

Per minimizzare appunto i fattori di rientro da Larsen e Negative Larsen è opportuno regolare al meglio il rapporto tra l’emissione della sorgente sonora riproducente il suono amplificato ( es. monitor o P.A. ) e la posizione del microfono stesso per la ripresa della sorgente generante il suono ( es. voce ).

In caso di evento live con utilizzo di monitor da palco la migliore soluzione è sempre quella di equalizzare al meglio ( con equalizzatore grafico o parametrico ) cercando di attenuare se necessario le bande di frequenza che più facilmente tendono ad innescare ( portare larsen ) utilizzando come riferimento il microfono che verrà utilizzato poi effettivamente in quell’evento con quel tipo di monitor. La posizione del microfono deve essere poi adeguatamente tenuta a distanza dal P.A. ed eventuali altri monitor di palco in modo da non generare Larsen fino ai più alti livelli di guadagno. Il livello di volume del monitor di palco di riferimento per la taratura del livello massimo prima dell’innesco del Larsen deve essere poi considerato come limite fino a poco prima dell’innesco dopo averlo opportunamente equalizzato. In caso si necessiti di più volume, come considerazione generale per avere un rischio di innesco e di rientri da monitor di palco pari a 0 è consigliato l’utilizzo di in-ear monitor ( monitoraggio in cuffia ).

Aumentare la direttività del diagramma polare del microfono utilizzato aiuta a ridurre ed attenuare non solo i rientri ma anche l’innesco del Larsen ma non è sempre la migliore soluzione in quanto che come visto molti microfoni possono facilmente presentare una coda posteriore tanto più grande quanto più direttivo è il diagramma polare. In caso di utilizzo di monitor da palco i diagrammi polari direttivi più consigliati sono quello cardioide e supercardioide i quali garantiscono una limitata ripresa posteriore e quindi minor rischio di innesco. Molto spesso però la qualità complessiva del microfono fa dipendere la sua scelta di utilizzo finale indipendente dal suo diagramma polare, per cui è bene fare attenzione a tutti questi fattori.

n.b. Esistono poi strumentazioni sia hardware che software che rilevano ed attenuano automaticamente i Larsen ( Anti Feedback ), ma come ogni strumentazioni aggiunta in cascata lungo la catena audio, nel complesso e soprattutto se non di qualità, aumenta il rumore di fondo, cala la dinamica complessiva, aumentano le distorsioni armoniche e si altera la risposta in frequenza, per cui è bene risolvere prima il problema a livello fisico e poi se necessario introdurre appositi hardware di correzione come l’Anti Feedback.

E’ possibile poi attraverso software di analisi spettrale in cui è necessario inviare tramite scheda audio e microfono di misura il segnale ( ripreso ) dal P.A. e/o monitor di palco ( fig. 4 ), rilevare la frequenza esatta di Larsen in modo da andare ad agire con eventuale equalizzatore più precisamente ( fig. 5 ).

fig. 4 2016-08-21_16-52-37.jpg

fig. 5 index

Posizionamento del Monitor di Palco in base al diagramma polare microfonico

In caso di utilizzo di monitor di ascolto e situazioni di ripresa in concerto live è buona norma evitare l’utilizzo di microfoni con diagramma polare omnidirezionale ( fig. 6 ) e bidirezionale per minimizzare i rientri e l’innesco del Larsen che vanno ad alterare e degradare la qualità del mix audio.

fig. 6 omni mon

L’utilizzo dei diagramma polare omnidirezionale e bidirezionale è invece utilizzabile in caso di riprese per registrazioni in studio, riprese broadcast, ambientali, in cui si necessità di ottenere una ripresa a 360° in cui i rientri sono parte integrante della ripresa audio.

Sempre in considerazione ad una situazione live in cui vi è la presenza di monitoraggio di palco, in caso di utilizzo di un microfono con diagramma polare cardioide che ricordo avere – 6 dB a 90° – 270°, la posizione ottimale del monitor di palco ( presupponendo una posizione fissa del microfono, ma che in realtà in caso di un microfono per un cantante questo viene facilmente spostato in giro per il palco a seconda dei movimenti del cantante, con i rientri che ne conseguono in relazione ad ogni posizione del microfono, alla posizione dei monitor di palco, P.A. e loro volume ), in considerazione anche del fatto che il diagramma polare cardioide presenta alle alte frequenze code posteriori, il monitor va posizionato a  100° – 110° e/o 250° – 260° rispetto all’asse del microfono ( fig. 7 – fig. 8 – fig. 9 ).

fig. 7 no position correct fig. 8 2016-08-21_12-25-23

fig. 9 doppio monitor

Per un diagramma polare supercardioide la posizione ottimale è 120° – 240° ( fig. 10 )

fig. 10 supercardioide.jpg

Per un diagramma polare ipercardioide la posizione ottimale è 110° – 250° ( fig. 11 )

fig. 11 ipercarioide.jpg

Per diagrammi polari misti agire di conseguenza con lo stesso principio.

Effetto Prossimità

L’effetto prossimità è quel fenomeno per cui mano a mano che un microfono direzionale si avvicina ad una sorgente ( indipendente dall’angolo di ripresa ) tanto maggiore sarà la sua sensibilità alle basse frequenze, cosi da creare una distorsione nella risposta. Tale distorsione può essere non voluta, quindi risolta allontanando il microfono o utilizzando un microfono omnidirezionale ( non soggetto ad effetto prossimità ), oppure voluta, ove appunto il microfono sia carente ad esempio nelle basse frequenze per enfatizzarle maggiormente.

Come si nota nella figura 12, aumentando l’angolo di ripresa, quindi avvicinando il microfono direzionale alla sorgente, la capsula vedrà la sorgente come un ostacolo di sempre più grandi dimensioni con il conseguente fatto che meno frequenze ( soprattutto quelle con grandi lunghezze d’onda, le basse ), riusciranno ad aggirare il microfono e quindi ne verrà ripresa una maggiore energia rispetto a se allontanassimo il microfono.

fig. 12 2016-08-26_13-35-37.jpg

Questo avviene perchè considerando una sorgente reale ( quindi avente determinate dimensioni fisiche ) questa genererà onde sonore che saranno via via sempre più omnidirezionali tanto più grande è la lunghezza d’onda in relazione alle dimensioni della sorgente sonora che la riproduce e tanto più direttive tanto più piccola è la lunghezza d’onda in relazione sempre alle dimensioni della sorgente che la riproduce, questo perchè tendono a riflettersi e a vedere come ostacolo la sorgente stessa non riuscendo ad aggirarla ( fig. 13 ) ( vedremo poi in altre argomentazioni il comportamento delle sorgenti e diffusori sonori ).

fig. 13 2016-08-26_12-38-59

Per questo indipendentemente dalla distanza il contributo energetico prelevato dalle frequenze direttive sarà lo stesso, mentre per quelle via via sempre più omnidirezionali varierà in base alla distanza della capsula microfonica ( fig. 14 )

fig. 14 2016-08-26_14-09-01.jpg

Per il microfono a pressione, qualunque sia la sua distanza rispetto alla sorgente mantiene lo stesso contributo energetico in un angolo di 360°, in fatti come sappiamo è omnidirezionale, per questo motivo non subisce alterazioni per effetto prossimità.

Quello direzionale e ancor più ultradirezionale subirà alterazioni della risposta in bassa frequenza in quanto che per l’angolo giro non vi è una costante energia di ripresa, tale che all’aumento energetico in asse non vi è una compensazione in asse opposto, come invece avviene in quelli omnidirezionali. Effetto di valore per frequenze con lunghezze d’onda da 2 o 3 volte superiori alle dimensioni del diaframma microfonico, quindi medio-basse e basse che interessano tutto il lobo di ripresa della capsula microfonica.

La sensibilità fornita dall’effetto prossimità dipende dall’angolo di ripresa del microfono ( fig. 15 ), tanto più è verso l’asse di incidenza con il diaframma microfonico e tanto maggiore sarà, fino anche a valori di + 10 dB in bassa frequenza e + 5/6 dB in medio bassa. Dipende anche dalla grandezza del diaframma mobile, tanto più grande sarà e tanto maggiore sarà l’effetto, per cui un’altra soluzione per eventualmente ridurlo è quello di utilizzare diaframmi più piccoli ( fig. 16 ).

fig. 15 2016-08-26_14-07-29.jpg

fig. 16 2016-08-26_14-15-06.jpg

Non esiste una precisa distanza alla quale l’effetto di prossimità risulta nullo in quanto che dipende da molteplici fattori, grandezza diaframma e capsula microfonica, grandezza sorgente sonora, frequenza presa in esame, diagramma polare. Generalmente da sperimentazioni fatte si è arrivato a capire che da una distanza di 0,6 m in su l’effetto prossimità è minimo nella maggior parte dei casi ( come visto in figura 12 ).

C’è da dire però che aumentando la distanza del microfono rispetto alla sorgente calerà anche l’energia complessiva ripresa in quanto che la pressione sonora in un ambiente reale considerando la diffusione e propagazione in aria tende a calare con l’aumentare della distanza ( vedremo poi in altre argomentazioni la fisica del suono ), per cui è bene in fase di ripresa come vedremo considerare anche questo fattore.

Microfoni a condensatore per via del differente principio di trasduzione soffre meno dell’effetto prossimità di un microfono dinamico.

Alcuni produttori nel diagramma della risposta in frequenza del microfono evidenziano anche la risposta in base all’effetto prossimità, quindi alla distanza del microfono rispetto ad una sorgente campione ( fig. 17 ).

fig. 17 prossimit

Comb Filtering

Il comb filtering o filtro a pettine è la cancellazione di fase determinata dai ritardi di arrivo tra un suono diretto ed uno riflesso o tra due suoni riflessi alla capsula microfonica, questa cancellazione comporta una colorazione del timbro sonoro alterando cosi la risposta in frequenza con buchi nella risposta molto udibili che tendono a far cadere la qualità del suono ripreso ( fig. 18 ).

fig. 18 combfilterwebFlog.jpg

Questi problemi sono comuni sia nella ripresa di sorgenti sonore da interferenza di più microfoni ravvicinati ( che siano in ripresa della stessa sorgente o sorgenti sonore differenti ma mixati insieme verso una comune uscita “mono”, mentre come vedremo in altre argomentazioni tanto più è grande la distanza tra i microfoni e minore è il contributo del mix  “inviando la ripresa a differenti uscite” e tanto più piccolo sarà l’effetto comb filtering ) ( fig. 19 ), che dall’interferenza dovuta alle riflessioni provocate da pareti riflettenti in relazione alla distanza del microfono da esse ( sia sul piano verticale che orizzontale ) ( fig. 20 ).

fig. 19 2016-08-29_15-04-33.jpg2016-08-29_15-16-56.jpg

Si nota in figura 19 come ad esempio 2 microfoni ( ognuno per la ripresa di una determinata sorgente sonora, o nella ripresa di una singola sorgente ) vadano ad interferire, questo dovuto in quanto che il suono emesso da ogni sorgente va con tempo x di ritardo ad incidere e quindi essere prelevato da entrambi i microfoni i quali se poi sommati creano l’effetto comb filtering per i ritardi di fase. Nel caso di due microfoni per la ripresa di due sorgenti sonore differenti il comb filtering è minimo rispetto a 2 microfoni per la stessa sorgente, soprattutto se le due sorgenti hanno timbri e dinamiche differenti. Più i microfoni che riprendono una stessa sorgente sono vicini e tanto meno sarà l’effetto del comb filtering.

fig. 20 2016-08-29_15-52-28.jpg

In figura 20 un esempio di sorgente sonora tendenzialmente omnidirezionale il quale suono incidendo su parete e pavimento riflettente genera riflessioni che “potrebbero” ( dipende dagli angoli di riflessione, argomento che vedremo quando parleremo di acustica ) ritornare ad incidere sul diaframma microfonico e se di intensità paragonabile a quella del suono diretto andrebbero a creare l’effetto comb filtering.

L’effetto che si viene a creare è come quello in figura 18 ( da qui filtro a pettine ), ogni frequenza riflessa che inciderà in controfase rispetto a quella diretta creerà una cancellazione del timbro sonoro a quella frequenza. Via via all’aumentare della compatibilità di fase tra suono riflesso e suono diretto verrà a meno l’interferenza di cancellazione sonora. Come si può facilmente intuire più la frequenza è bassa e con lunghezza d’onda maggiore rispetto alle dimensioni del diaframma mobile del microfono e tanto più il comb filtering prende valore.

A parità di distanza tra microfono – sorgente – piani riflettenti, essendo il suono formato da onde complesse sinusoidali periodiche con lunghezza d’onda che dimezza al raddoppiare della frequenza, considerando un suono diretto ed uno riflesso si può dire che l’effetto di comb filtering è presente per ogni ottava superiore alla prima e più bassa frequenza che subisce una cancellazione e la distanza tra 2 punti di cancellazione dipende dal tempo di arrivo dei ritardi di fase ( fig. 21 ). Per più suoni con diversi tempi di arrivo differenti l’effetto del comb filter diventa sempre più vario ed imprevedibile.

fig. 21 2016-08-29_16-52-33.jpg

Come si vede dalla tabella in figura 21 per ogni valore di ottava superiore alla prima che pone una cancellazione di fase si avrà una fase ed una controfase, una fase ed una controfase e cosi via. Per un tempo di ritardo doppio invece si avrà un dimezzamento della più bassa frequenza a cui comincia il comb filtering. Ad ogni raddoppio del tempo di ritardo dimezza la distanza tra una cancellazione o picco e l’altro, aumentando l’effetto del comb filtering.

I migliori metodi per ridurre tale fenomeno pur sempre presente in un contesto reale più o meno rilevante, è quello come vedremo di effettuare una ripresa in prossimità dello strumento ( considerando 1 microfono, evitare di utilizzare più di 1 microfono per la ripresa di uno strumento se non attraverso apposite tecniche microfoniche ), cosi da ridurre le differenze tra il suono diretto e quello riflesso e di interferenza tra più microfoni in posizione ravvicinata per sorgenti sonore ravvicinate ( fig. 22 ), in considerazione poi come vedremo quando parleremo di tecniche di ripresa microfonica della presenza dell’effetto coincidenza ( utile anche mantenere le sorgenti sonore da riprendere con i microfoni in posizioni adeguatamente distanziate ). Esistono poi come vedremo in altre argomentazioni particolari tecniche di microfonaggio con due o più microfoni verso una stessa sorgente tali da minimizzare l’effetto del comb filtering ed ottenere una qualità timbrica spaziale ottimale.

fig. 22  2016-08-29_15-38-53.jpg

In figura 22 si nota come mantenere adeguatamente le sorgenti sonore distanziate ed effettuando un microfonaggio in prossimità delle sorgenti minimizzi le interferenze aumentando la differenza di intensità prelevata dai microfoni per una maggiore differenza di percorso tra il suono diretto e quello di interferenza da un’altra sorgente ma anche di riflessione ambientale.

In caso di riprese ambientali e a distanza, per ridurre questo fenomeno se particolarmente presente e deteriorante la qualità timbrica finale è quello di utilizzare come vedremo particolari tecniche di microfonaggio in caso di utilizzo di 2 o più microfoni come può essere anche l’evitare di sommare in mono entrambi i segnali ma mantenere una panoramica stereo o multicanale, e considerando singoli microfoni, capsule con una maggiore direttività del diagramma polare. In altri casi l’effetto del comb filtering è bene voluto per riprese a scopi creativi. In ambienti meno riflettenti come sale insonorizzate e con riflessioni controllate ( esempio gli ambienti di ripresa in studio di registrazione ) l’effetto del comb filtering è molto ridotto.

n.b. In linea generica per un ottima riduzione del Comb Filtering è necessario pannare correttamente i microfoni che riprendono una stessa sorgente, in modo tale da non sommarli in mono ma definire un’immagine aperta e dimensionale. Per i rientri invece è è necessario che il segnale di rientro sia inferiore ai 10 dB, cosi facendo l’effetto Comb Filter è trascurabile all’ascolto.

Doppio Diaframma per singolo diagramma polare

Esiste poi una tecnologia che permette di ridurre notevolmente l’effetto prossimità ( soprattutto per microfoni direzionali ) mantenendo una risposta in frequenza costante sia in prossimità del microfono che ha distanze superiori ( generalmente fino a 50 cm ), in asse e fuori asse, ed è la tecnologia con doppio diaframma mobile ( attualmente prevista solo per microfoni dinamici a bobina mobile ma che presenta sviluppi anche per quelli a condensatore ponendo il diaframma passivo sotto all’armatura o diaframma fisso ( come vedremo quando parleremo di microfoni a condensatore ).

In pratica il secondo diaframma è posto esattamente in fase collegato alla stessa sospensione del primo diaframma sotto ad esso ed è un diaframma passivo, in quanto ha la solo funzione di bilanciare il movimento del primo diaframma ( quello attivo ), passivo in quanto da esso non è prelevato e trasdotto nessun segnale audio.

In figura 23 la rappresentazione grafica del metodo costruttivo.

fig. 23 sss.png

L’indicatore 1 rappresenta il diaframma attivo, l’indicatore 3 rappresenta il secondo diaframma ( quello passivo ).

Il doppio diaframma rispetto a quello singolo mantiene maggiormente costante l’attenuazione della risposta in frequenza fuori asse secondo il diagramma polare del microfono.

Un’esempio di comparazione con un microfono standard a singolo diaframma è rappresentato in figura 24 e 25.

fig. 24  e-835-polar-pattern.jpg

fig. 25 2017-01-26_16-34-33

In figura 24 il microfono a singolo diaframma in cui il diagramma polare tende a variare molto in base alla frequenza presa in esame, in figura 25 invece il microfono a doppio diaframma in cui il diagramma polare è mantenuto maggiormente costante al variare della frequenza di interesse.

Una dimostrazione dell’effetto del doppio diaframma rispetto ad uno singolo con problemi di prossimità è mostrata da Shure in figura 26.

fig. 26 2017-01-26_16-18-28.png

Il primo microfono rappresenta un comune microfono a singolo diaframma con problemi di prossimità, in cui come visto più il microfono è vicino alla sorgente e più vi sarà un aumento delle basse e medio basse frequenze. Il secondo microfono invece è a doppio diaframma e viene illustrato come la risposta sia uguale a tutte le distanze.

Di contro questa capsula microfonica essendo a doppio diaframma risulta anche più pesante e quindi scadente sulle alte frequenze, adatto quindi alla ripresa di strumenti con un basso contributo armonico in alta frequenza.

Una comparazione della risposta in frequenza tra un microfono dinamico a singolo diaframma e doppio diaframma la si vede in figura 27 e 28.

fig. 27 sm58

fig. 28 uny

In figura 27 in cui vi è la risposta in frequenza di un comune microfono a singolo diaframma si nota come a circa 15 Khz ( metà tra 10.000 e 20.000 ) il segnale audio sia ancora superiore ai – 10 dB, mentre in figura 28 in cui vi è la risposta in frequenza di un microfono a doppio diaframma si nota come a 15 Khz il segnale sia attenuato già a circa – 20 dB.

L’importanza delle sospensioni per i diaframmi mobili

Qualsiasi diaframma mobile di qualsiasi tecnologia di trasduzione del segnale acustico in elettrico necessità di poggiare su sospensioni pneumatiche che ne facilitino il movimento e regolino le turbolenze e pressioni incidenti sul diaframma.

Come vedremo anche per gli altoparlanti solo in questo caso in senso opposto, una sospensioni di qualità è composta dallo stesso materiale di cui è composto il diaframma mobile stesso, cosi da evitare fenomeni di rifrazioni per trasferimento del segnale acustico attraverso diverse tipologie di materiali con diverse impedenze acustiche, e che non presenti colle che possano indurre in surriscaldamenti dei componenti usura nel tempo e fenomeni di isolamento acustico sul passaggio del segnale audio.

Un’ottima sospensione garantisce protezione e stabilizzazione della diaframma da escursioni ed oscillazioni indesiderate ( spesso dovute da suoni forti e di impatto ), ed una maggiore protezione contro i rumori in medio-alta frequenza derivati dall’impugnatura e maneggio del microfono.

Molti costruttori utilizzano doppie o triple sospensioni per un maggiore controllo del diaframma mobile attivo.

Microfoni Anti Feedback

Il feedback come abbiamo visto è generato principalmente da un ritorno in fase del segnale prelevato dal microfono.

Il primo Larsen considerando per il ritorno tutto lo spettro audio 20 hz – 20 Khz sarà su quelle frequenze che tendono a far oscillare diaframma, sospensioni e magnete vicino alla frequenza di risonanza intrinseca del microfono stesso ( generalmente un microfono tende ad essere risonante attorno alle frequenze 1 – 5 Khz dipendente dai materiali e dimensioni dei componenti utilizzati ),

Per avere un ottimo microfono anti-feedback è necessario ottimizzare la struttura di questi 3 componenti tale da portare valori risonanti più in alto possibile, su frequenze possibilmente non fondamentali per gli strumenti di ripresa, oltre a questo è necessario ottimizzare la struttura delle sospensioni contro vibrazioni indesiderate, non chè una combinazione capsula microfonicadiaframma tale da minimizzare l’effetto prossimità e mantenere uniforme il diagramma polare a tutte le frequenze.

Altro sui Microfoni:

Microfoni – I ( Principio di Funzionamento, Tipologie di Microfoni, Microfoni di Ripresa, Diagrammi Polari )

Microfoni – II ( Altri Diagrammi Polari )

Microfoni – III ( Caratteristiche Polari, End e Side Fire, Wired e Wireless, Diaframma Mobile, Altre tipologie di Diaframma )

Microfoni – V ( Categorie dei Microfoni di Ripresa, Microfoni Analogici, Cenni Storici, Microfoni a Carbone, Microfoni Piezoelettrici, Microfoni Ceramici )

Microfoni – VI ( Microfoni Dinamici, Microfoni a Nastro, Microfoni a Bobina Mobile )

Microfoni – VII ( Microfoni a Condensatore )

Microfoni – VIII ( Microfoni Valvolari, Parabole, Shotgun )

Microfoni – IX ( Microfoni PZM, Boundary Layer, Gooseneck )

Microfoni – X ( Microfoni Lavalier, Headsest, Microfoni Digitali )

Microfoni – XI ( Sub Kick, Doppio Elemento, Array di Microfoni, Microfoni di Misura, Calibratori Acustici )

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