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

shsm58lc-xl.jpg3  _XLS.png

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.

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.

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.

 

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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