Microfoni – VII

Microfono a Condensatore

Il microfono a condensatore o microfono elettrostatico è il microfono per eccellenza ed utilizzato non solo per riprese microfoniche degli strumenti musicali, ma anche per riprese ambientali, come capsula nei microfoni di misura e in tutto cio che necessita di una ripresa trasparente sia dal punto di vista della risposta in frequenza che della dinamica.

E’ il microfono che trasduce e quindi rispecchia in modo più naturale e trasparente il suono che incide sul suo diaframma.

E’ un microfono di spostamento, per cui la sua risposta non varia al variare della frequenza come invece visto per i microfoni dinamici.

Il primo microfono a condensatore si ritiene essere il Neumann U47 del 1947 inventato dalla Neumann GmBH ( fig. 1 ). Anche se il primo esempio commerciale di un microfono a condensatore si ritenga essere lo Schoeps CMT del 1964 ( fig. 2 ).

Fig. 1 Neumann-U47-1 Fig. 2 cmt26

Avendo una componentistica e metodo costruttivo semplice e rapido nel processo di trasduzione, fa si che rispetto ad un qualsiasi altro tipo di microfono riesca a trasdurre in modo corretto anche le più alte frequenze della banda audio udibile e spesso anche oltre fino a circa 100 Khz del tutto lineare.

Microfoni a condensatore più lineari avranno circuiteria e metodi costruttivi più sofisticati e quindi anche costosi rispetto a quelli meno lineari.

Sono realizzati sia in modalità end-fire ( fig. 3 ) che side-fire ( fig. 4 ), e sono adatti per la ripresa microfonica di strumenti ariosi, con molte armoniche, dinamici e con un contributo energetico rilevante in alta frequenza, non chè l’ideale per una ripresa vocale di trasparenza, di fatti sono molto più utilizzati in studio che in contesti live per la ripresa della voce.

Fig. 3 Neumann_KM_185_MT_KM_185_MT_Microphone_210677 Fig. 4 72455_l.jpg

Nel live vengono spesso utilizzati per la ripresa Over Head, di percussioni, con largo ( fig. 4 ) o piccolo diaframma ( fig. 3 ) a seconda di quanto contributo in bassa frequenza si vuole prelevare. Lo stesso discorso per riprese ambientali come anche cori e gruppi strumentali in un orchestra, strumenti a fiato, a corda ( per via del loro ampio contributo armonico anche in alta frequenza ), ma a volte li si trovano anche per la ripresa della voce ( fig. 5 ), solo meno, rispetto a quello dinamico, in quanto quello a condensatore è più soggetto a rotture e malfunzionamenti quando posto in movimento per le continue vibrazioni e scuotimenti, ancor peggio se cade a terra.

Fig. 5 neumann_kms_105_nickel.jpg

n.b. Nessun microfono dovrebbe sbattere o cadere per terra o su di un qualsiasi altro materiale per non subire danneggiamenti, il microfono a condensatore come quello a nastro sono sicuramente due tipologie di microfoni molto fragili.

Visto il poco spazio che occupa il trasduttore si prestano bene per la realizzazione di diagrammi polari multipli come quello in figura 4.

Sempre visto il metodo costruttivo, alcuni modelli sono costruiti con la capsula svitabile ( fig. 6 ), tale da poter cambiare la capsula se danneggiata ( quindi non solo la griglia di protezione ), oppure per inserirne una con diverso diagramma polare ( fig. 7 ), ma anche inserirlo al posto di altre capsule in altri pre-amplificatori se costruiti per essere compatibili. Uno su tutti è quello di intercambiare capsule di pre-amplificatori per microfoni a filo con quelli wireless.

Fig. 6 Neumann_kk_204ni_KK_204_CARD_CAPSULE_857457.jpg     Fig. 7 Neumann-AK-43

Facendo cosi è possibile ottenere un suono misto e differente tra quello generato dalla capsula di un costruttore con quello del pre-amplificatore a cui è connesso magari di un’altro costruttore.

Quei microfoni che prevedono il cambio capsula hanno un metodo costruttivo che esclude l’utilizzo di due cavetti di rame ( per il trasporto del segnale ) per il collegamento della capsula con il suo pre-amplificatore come invece avviene per quelli a bobina mobile ( fig. 8 ), ma si basano sul contatto tra due piastre ( massa ) + perno ( segnale ) generalmente di oro 24 carati i migliori ( fig. 9 ), o titanio ( meno qualitativi ).

Fig. 8 CAM01190.jpg

Fig. 9 2017-06-23_13-57-42.png

Il microfono a condensatore è detto elettrostatico perchè come trasduzione sfrutta il principio dei campi elettrostatici.

Di seguito una rappresentazione del principio costruttivo ( fig. 10 ).

Fig. 10

2017-06-22_14-05-26.png

Il microfono a condensatore è principalmente composto da due lamine o armature o elettrodi, una esterna che rappresenterà il diaframma mobile all’incidere dell’onda sonora ( generalmente di materiale mylar rivestito di platino lavorato, per proprietà elettriche che lo rendono ideale anche per questo tipo di applicazione ), ed una interna fissa e stabile ( generalmente di materiale zaffiro sintetico che consente di avere maggiore stabilità nel tempo e bassi principi di deformazione ). Dal movimento del diaframma mobile si avrà un più o meno avvicinamento di questo alla lamina fissa e conseguentemente si creerà una variazione del campo elettrostatico stabile presente quando il diaframma mobile non viene inciso dalla pressione sonora ( quindi posto in movimento ). Questo fenomeno farà quindi variare il flusso di elettroni che transitano attraverso il dielettrico ( in questo caso l’aria che passa in mezzo tra un’armatura e l’altra ), sull’armatura interna dalla quale verranno prelevati ed inviati al circuito di uscita.

Il circuito di uscita è quasi sempre costituito da una servobilanciatura attiva, con circuiteria a stato solido ( una volta bjt, fet e jfet, ma che oggi hanno valori di impedenza troppo alti per i moderni pre-amplificatori microfonici, e non hanno la trasparenza e rendimento di quelli a stato solido ).

La presenza di un circuito di amplificazione è fondamentale in quanto che il livello di sensibilità generato da questo processo di trasduzione è molto basso ( µV ), al quale si aggiunge un elevato valore d’impedenza inutilizzabile per le applicazioni audio. Il processo di amplificazione porta i valori di tensione a qualche mV e l’impedenza di carico da circa 50 Ω a 250 Ω.

La distanza tra le due lamine determina la sensibilità complessiva, a scapito come visto anche per i microfoni a bobina mobile e nastro di una dinamica più ridotta, causa un minor spostamento del diaframma mobile prima di incidere sulla lamina fissa e creare distorsioni.

Lo spessore del diaframma mobile è nell’ordine dei micron, e da questo si può intuire come servano appositi macchinari tecnologicamente avanzati per effettuare lavorazioni sul materiale a questo livello di grandezze e come il processo costruttivo sia molto più delicato e preciso rispetto a quello a bobina mobile, questo insieme alla presenza di un componente attivo ( amplificatore ), porta generalmente ad avere un prezzo di vendita superiore per i microfoni a condensatore rispetto a quelli dinamici.

Lo spessore della lamina posteriore fissa invece varia tra i 30 micron e 35 micron.

Anche lo spessore delle due lamine fa determinare le caratteristiche tecniche del microfono, ma che in questo caso non presenta risonanze ( per differente principio di trasduzione ) rispetto a come invece abbiamo visto per i microfoni a nastro e bobina mobile.

La dimensione delle due lamine invece dipende da quanto grande si vuole realizzare il diaframma mobile, come visto anche per i casi precedenti un diaframma più grande avrà anche un rendimento superiore alle basse frequenze, un diaframma più piccolo avrà un migliore rendimento alle alte frequenze ed un più alto valore di pressione sonora sopportata.

Questa piccola sezione fa capire anche come sia un diaframma molto leggero rispetto ai casi visti precedentemente, e proprio questo lo rende adatto alla ripresa dei veloci transienti delle alte frequenze.

La distanza tra le due armature è circa 15 – 20 micrometri e genera ha riposo un valore di tensione intrinseco di circa 30 – 40 picofarad che consente al microfono di avere un rumore intrinseco < – 130 dB ( più silenzioso del rumore ambientale medio all’interno di una stanza vuota priva di rumori ), in comparazione genera più rumore il pre-amplificatore.

La lamina posteriore fissa è spesso forata ( fig. 11 ) per smorzare e decomprimere ( migliorando la dinamica ), riducendo la pressione all’interno ( migliorando stabilità e risposta in frequenza ) che andrebbe a creare il dielettrico ( aria ) al movimento del diaframma mobile ( come una valvola di sfogo ).

Fig. 11 Di-alta-Qualit&agrave;-34mm-Diametro-Microfono-a-condensatore-Diaframma-largo-Nucleo-Cartuccia-Capsula-Per-La-Registrazione.jpg

Lavorando sul numero e dimensione dei fori, non chè sezione e tensione delle due lamine è possibile gestire risonanze, dinamiche, risposta in frequenza e molte delle specifiche tecniche del microfono stesso.

Come si vede dalla figura 11 la capsula del microfono a condensatore è un involucro completamente sigillato ( questo per mantenere costanti nel tempo le proprietà del dielettrico interno, in questo caso aria ) a parte i fori sulla lamina posteriore fissa utili per le considerazioni appena fatte.

Il sistema di trasduzione elettrostatica necessita però di un’ulteriore componente, per che avvenga una variazione di campo statico tra le due armature è necessario che la lamina mobile ( diaframma mobile ) sia alimentata da una corrente continua e stabile, cosi facendo il suo movimento produrrà variazioni del campo elettrico per differenza di potenziale con l’armatura fissa ( se non fosse alimentata sarebbe semplicemente un diaframma in movimento e non creerebbe variazioni di tensione e quindi nessun suono ).

Questo processo è del tutto simile al comportamento e funzione del condensatore in ambito elettrico, e per questo prende il suo nome.

Per fare questo il microfono a condensatore è equipaggiato da una batteria alimentata esternamente, la quale ha il compito sia di creare una corrente stabile sulla lamina del diaframma mobile che alimentare il circuito attivo di pre-amplificazione.

n.b. La qualità di questa batteria sarà quindi fondamentale per ottenere un ottimo rendimento del microfono ( generalmente se il microfono è trattato con cura, quindi fuori da possibili sovraccarichi e urti, andrebbe cambiata ogni 50 anni ).

L’alimentazione necessaria e ritenuta ideale per questo tipo di trasduzione è +50 V ( inviata tramite dispositivi esterni equipaggiati di alimentazione phantom ( esempio mixer audio ( fig. 12 ), phantom power box e rack outboard ( fig. 13 ), ed in corrente continua in quanto deve dare una corrente stabile alla lamina del diaframma mobile.

Fig. 12 CAM01230

Fig. 13 721829_800.jpg

Aumentando la distanza tra le due armature si permetterebbe una maggiore dinamica e linearità ma servirebbe anche una polarizzazione maggiore ( quindi da rivedere tutti gli standard costruttivi sia per i microfoni che per i generatori di phantom di alimentazione esterna ).

La batteria ha anche la funzione di eliminare il problema del tempo di carica e scarica del processo elettrostatico, che ne andrebbe a variare i parametri impedendone cosi un corretto utilizzo.

 

Filtri e Pad

Anche i microfoni a condensatore come visto per quelli dinamici possono essere equipaggiati con circuiteria passiva od in questo caso anche attiva quali filtri passa-basso e/o passa-alto secondo le funzioni che può avere quel tipo di microfono.

Ad esempio il microfono in figura 14 è adatto e concepito per una ripresa strumentale come ad esempio fiati ed over head o hi hat e presenta quindi un filtro passa-alto per eliminare frequenze indesiderate ( in questo caso sotto i 75 Hz ), per gli stessi motivi visti precedentemente nei microfoni dinamici.

Fig. 14 AKG_2439_Z_00080_SE_300B_Power_Supply_128230

Questo tipo di microfono presenta anche un PAD di attenuazione ( in questo caso di -10 dB, ma se ne possono trovare anche a -20 dB o -30 dB ), ( non ritrovabili invece in quelli dinamici, in quanto che il microfono a condensatore come visto, è più sensibile di quello dinamico e vista la presenza di un amplificatore è più facile portare questo microfono a livelli di distorsione ).

 

Alimentazione Phantom

L’alimentazione standard fornita dalle varie apparecchiature è generalmente data a +48 V, per consentire oscillazioni di essa senza che in caso superi i +50 V portino in distorsione la batteria con conseguenti danneggiamenti e distorsioni sul segnale audio. Essendo fornita dalle apparecchiature che a loro volta sono connesse alla rete elettrica ( sfruttano un trasformatore di corrente al quale arriva generalmente la corrente elettrica di alimentazione poi abbassata ai valori necessari ) è un tipo di alimentazione soggetta a tutte le variabili e rumori che possono essere presenti ( scarsa messa a terra, tensione elettrica non stabile, bassi valori di tensione rispetto a quelli nominali, ecc.. ), per questo il generatore esterno dovrà essere progettato e costruito a regola d’arte, tale da essere immune a tutte queste variabili ( tranne ovviamente in caso venga a mancare la rete elettrica di alimentazione ).

La batteria del microfono a condensatore accetta abbassamenti di tensione fino all’ordine di circa +8 / +9 V, di fatti molti dispositivi che richiedono phantom di alimentazione come ad esempio D.I. Box Attive ma anche alcune tipologie di microfoni a condensatore ( generalmente quelli meno professionali ), possono consentire di alloggiare e quindi funzionare con una comune pila alcalina a +9 V ( fig. 15 – 16 ).

Fig. 15 pila-9-v-mn1604-plus-power-duracellFig. 16 CAM01170.jpg

In figura 16 un esempio dell’alloggio per l’inserimento della pila, in un microfono a condensatore che ne prevede la possibilità.

La +48 V in apparecchiature meno professionali è data dalla somma in serie di due generatori a +24 V ( si riesce ad ottenere un segnale meno stabile ma in caso se ne rompa uno il microfono funziona lo stesso ma a +24 V ). Quelli più professionali invece hanno singolo generatore a +48 V ( più qualitativo, ma meno sicuro ).

Lavorare con una più bassa tensione permette si di continuare a far funzionare il microfono ( senza di essa non funzionerebbe ) ma con caratteristiche e specifiche tecniche non più ottimali, ma impoverite, rapportate al livello di tensione inviato.

I moderni dispositivi professionali sono quindi tutti equipaggiati per poter inviare alimentazione phantom a +48 V, in quanto che tutti i moderni microfoni a condensatore accettano questo tipo di tensione. In caso si abbiano apparecchiature vecchie ( che siano microfoni a condensatore, mixer audio, distributori di phantom power ) o anche ad oggi dispositivi di livello consumer, è possibile trovare diversi valori di alimentazione sia fornita che richiesta dal microfono stesso, come ad esempio +12 V, +24 V.

E’ bene quindi fare attenzione a non inviare l’alimentazione a +48 V in caso di utilizzi una moderna apparecchiatura ad un dispositivo che ne accetta ad esempio +24 V per non rischiare di danneggiarlo e portare il segnale audio in distorsione.

Al contrario verso un microfono a +48 V come detto continua a funzionare ma ad un più basso livello qualitativo.

In figura 17 un esempio dell’invio di Alimentazione Phantom a + 48 V da un mixer audio.

Fig. 17 2017-06-22_18-21-39.png

L’alimentazione phantom da standard, viene sempre inviata attraverso il pin 3 del connettore bilanciato XLR ( generalmente non viene mai inviata a connettori bilanciati Jack TRS anche se può essere presente questo tipo di connessione ), e quindi prelevata dal microfono sempre dallo stesso polo. Essendo una tensione continua con un valore di tensione contenuto, da sperimentazioni fatte, non provoca disturbi ed alterazioni sul segnale audio ( in quanto che circola insieme al segnale audio, che come visto in argomento cavi audio analogici III, il pin 3 è il pin del segnale audio invertito di fase ), e da qui derivata la parola Phantom ( ad indicare un tipo di tensione trasparente sul segnale audio ).

n.b. In caso che per sbaglio si invii l’alimentazione phantom ad un microfono a nastro passivo o a bobina mobile, teoricamente se il circuito di ingresso del microfono è ben costruito e bilanciato non succede nulla, in quanto che vi è la presenza di un trasformatore allo stadio di uscita che per sua natura non fa circolare oltre la corrente continua e quindi viene dissipata tutta in calore ( e +48 V è un valore ben gestibile da questo tipo di trasformatori ).

C’è però da fare attenzione e per questo motivo è sempre bene non inviare mai alimentazione phantom a dispositivi che non ne necessitano. Accertarsi che il microfono a nastro attivo abbia il pre-amplificatore di uscita che sia costruito per accettare questo valore di tensione ( alcuni modelli hanno un proprio box con un proprio valore di tensione nominale ), altrimenti si rischia di danneggiare sia il pre-amplificatore che il microfono stesso. In caso sia un microfono passivo come anche quello a bobina mobile, se per sbaglio la linea bilanciata si sbilancia portando la phantom power dal pin 3 ( da standard ) alla massa ( pin 1 da standard ), essendo essa in un trasformatore a presa centrale galvanicamente isolata, porterebbe questa alimentazione oltre il trasformatore andando a danneggiare il microfono. Lo stesso rischio si ha anche se in misura più lieve per le uscite attive ( la servobilanciatura permette di contenere queste problematiche ), ( fig. 18 ).

Evitare per cui di inviare Phantom di alimentazione a microfoni passivi che non ne necessitano.

Fig. 18 2017-06-22_18-25-02.png

n.b. Purtroppo in commercio soprattutto a livello non professionale esistono mixer audio con phantom power comune o a gruppi ( questo per limitare i costi di produzione e vendita ), in questo caso l’invio della Phantom a tutte le apparecchiature connesse all’ingresso microfonico bilanciato è inevitabile, assicurarsi perciò che tutte le bilanciature compresi i cavi di trasporto del segnale siano correttamente cablate e non sbilancino il segnale.

In figura 19 un esempio di un mixer audio con Phantom Power comune a tutti gli ingressi XLR.

Fig. 19 20131212121411_1204FX_P0554_Rear_XL

Alcuni hanno un semplice selettore come quello in figura 19 o 20, altri il pulsante passivo ( generalmente di colore bianco o rosso con una spia a led di colore rosso ad indicare la presenza di tale alimentazione ed il suo corretto funzionamento, fig. 21 ) o logico come quello in figura 10 ( pulsante di materiale plastico o siliconico, integrato di illuminazione a led quando attivo ).

Fig. 20 CAM01182.jpg

Fig. 21 MXP_06_15833.jpg

 

Cenni storici sulla nascita dell’alimentazione phantom a +48 V

Inizialmente l’invenzione del microfono a condensatore a polarizzazione esterna non aveva una ben definita tensione di voltaggio di riferimento, si aggirava attorno ai +9 v – +12 v, il valore +48 v è nato casualmente alla presentazione del primo microfono a condensatore da parte della Neumann, allora novità assoluta nel mondo dell’audio pro, per una nota radio norvegese, ci fu un problema elettrico che danneggiò il generatore allora utilizzato per la presentazione, l’unico sistema per cui si poteva fornire un’alimentazione adeguata al funzionamento di questo dispositivo, era un generatore a +48 v presente all’interno dello studio, dopo l’utilizzo del microfono con questo tipo di alimentazione si ritenne che tale tensione riusciva a determinare un suono di qualità superiore a come era stato pensato e da allora diventò un valore di riferimento poi standardizzato dall’associazione IEC ( International Electrotechnical Commission ).

Un’altra versione è quella per cui per ragioni di compatibilità con l’apparecchiatura utilizzata, si richiese alla radio che il microfono fosse alimentato con alimentazione phantom definita. A causa delle poche ore giornaliere di sole nei mesi invernali, gli studi della radio utilizzavano un sistema elettrico ausiliario alimentato da un generatore centrale a +48 Volt e questo quello utilizzato per la presentazione.

Inizialmente dopo aver rivisitato la struttura e funzionamento del microfono a condensatore erano previste due principali tipologie di alimentazioni phantom, quella a +48 V per uso professionale e quella a +12 V ad uso consumer ( ormai caduto in disuso ). Mentre un altro standard, il DIN ( Deutsches Institute fur Normung ), esclusivo per la Germania, ormai anche questo abbandonato, prevedeva alimentatori anche a +24 V ( oggi il tutto ritrovabile in apparecchiature vintage ed in alcune apparecchiature consumer ).

Lo standard IEC poi, con l’uscita della tecnologia del bilanciamento del segnale, prevedeva e prevede tutt’ora, che tale tensione, passi per il conduttore di return nei cavi XLR ( pin 3 ), e che il generatore generi una corrente continua di 10 mA, questo perché lo richiedono i componenti elettronici utilizzati nei microfoni.

Una volta però, all’alba della tecnologia prima delle standardizzazioni, tali componenti, funzionavano esclusivamente con correnti a 1 – 2 mA. Per cui è bene fare attenzione quando si utilizzano microfoni a condensatore degli anni 60, in quanto potrebbero richiedere un generatore di alimentazione differente ( non solo in tensione ma anche in corrente ), ( difatti generalmente, ad oggi vengono forniti con l’apposito box di alimentazione, se si prende il microfono separato dal suo box è necessario conoscere quanto detto per non rischiare di danneggiarlo o comunque di non sfruttare a pieno lo sue capacità ).

n.b. C’è da dire anche che molti costruttori per rendere maggiormente compatibile i vari microfoni a condensatore generano alimentatori che non superano i 2 – 3 mA ( per cui non ottimizzati per i moderni microfoni a condensatore che se pur funzionando lo stesso non offrono le piene caratteristiche tecniche ), a livello professionale è bene quindi optare per un mixer audio o box di alimentazione esterna a 10mA, ed in caso di utilizzo di un microfono a condensatore vecchio se non previsto di apposito box, acquistarne uno dedicato.

Esistono poi vecchi tipi di alimentatori, denominati a T o paralleli, caduti ormai in disuso, che non sono più compatibili, in quanto trasportano la tensione sia sul conduttore ( in questo caso positivo ) che sulla massa ( detti phantom negativa ), danneggiando cosi il circuito odierno e non più compatibile in quanto va a creare forti differenze di potenziale tra la massa ed il segnale, rischiando di danneggiare microfono e amplificatore ad esso collegato, è bene quindi fare attenzione al tipo di alimentatore utilizzato.

Un’altra tipologia di alimentazione ormai caduta in disuso è quella denominata A-B, l’alimentazione A-B si differenzia dalla Phantom in quanto l’alimentatore interno al microfono a cui arriva la tensione continua è isolato dalla massa, questo permette di eliminare tutti i disturbi di rientro, ma soprattutto in ambiente live, una minima sovratensione od uno sbilanciamento del segnale, rischia di sovraccaricare fino a bruciare prima l’alimentatore e poi il microfono stesso.

 

Microfono a condensatore pre-polarizzato

Come visto fino adesso, questa tecnologia di microfoni permette di ricevere l’alimentazione phantom da dispositivi esterni, infatti sono anche detti microfoni a polarizzazione esterna. Esistono in commercio anche altre tipologie di microfoni a condensatore, quelli pre-polarizzati o a elettrete, in cui quindi la lamina del diaframma mobile è polarizzata in fase di produzione e non necessita di alimentazione esterna.

Per fare questo si utilizza un tipo di materiale capace di rimanere carico e lineare nel tempo immagazzinando energia e non dissipandola in calore, il materiale più utilizzato è il teflon. A livello sonoro molti costruttori ritengono che il diaframma al mylar sia migliore e per questo i microfoni a condensatore ad alimentazione esterna rimangono i più utilizzati in ambiente musicale per larghi e piccoli diaframmi, ma altri ritengono che il migliore sia quello al teflon pre-polarizzato ( perchè non dipendendo da una fonte di alimentazione esterna che potrebbe facilmente essere instabile, una pre-polarizzazione garantisce a livello di diaframma mobile sicuramente una maggiore stabilità nel processo di trasduzione ).

Quelli al teflon pre-polarizzati si sono diffusi maggiormente nei Lavalier ( microfoni a micro-capsula, fig. 22 ), questo perchè essendo la capsula molto piccola risulta anche molto difficoltoso creare un circuito di alimentazione per il diaframma mobile. Diffusi in particolar modo anche in ambito di misure ( microfoni di misura, fig. 23 ), ed in applicazioni fonometriche ( fonometro, fig. 24 ), in cui l’importante è la praticità, linearità della risposta in frequenza e sensibilità, ma soprattutto per il fatto di poter caricare il diaframma a valori di tensione elevati ( i quali valori vengono utilizzati anche per alimentare il circuito di amplificazione allo stadio di uscita, ma come vedremo non in tutti i casi ). Aumentando per cui la distanza tra le due armature ed inviando una tensione di polarizzazione nell’ordine dei +100 V – +200 V ( livello di tensione molto più complesso da gestire e rendere stabile se dov’esse essere inviato dalle varie apparecchiature esterne come visto per i microfoni a condensatore a polarizzazione esterna, soprattutto richiederebbe una batteria interna molto più grande e quindi anche molto più ingombro, peso e costo, oltre che in questo caso incidere negativamente sul segnale audio passante per il pin 3, e nemmeno la sezione del cavo microfonico utilizzata sarebbe più adatta ), si riescono ad ottenere caratteristiche tecniche superiori a quelli a polarizzazione esterna.

Fig. 22 lavalier capsule omni.jpgFig. 23 21338-2393273 Fig. 24 Fonometro-Delta-Ohm-Classe-1-HD2110L.jpg

Come si vede dalla figura 23 i microfoni pre-polarizzati hanno un design costruttivo del tutto simile a quelli a polarizzazione esterna.

L’elevata polarizzazione permette quindi di generare anche un più elevato segnale di uscita ( sensibilità ) sempre mantenuto nell’ordine dei mV per microfoni di ripresa adibiti poi all’interfacciamento con pre-amplificatori microfonici, mentre nell’ordine del Volt per i fonometri ( quindi già strutturalmente costruiti ed impostati a regola d’arte per ottenere il migliore rendimento anche in base al rapporto di impedenze all’interno della circuiteria stessa del fonometro ).

Al contrario non è possibile inviare una polarizzazione cosi elevata per i comuni microfoni a condensatore a polarizzazione esterna, in quanto che la distanza di 15 – 20 micrometri non è abbastanza e si creerebbe un campo di attrazione tale da far appicciare le due lamine, creando possibili cortocircuiti, distorsioni e spesso il microfono non funzionerebbe proprio.

Esistono poi anche capsule a condensatore pre-polarizzate intercambiabili ( fig. 25 ) con differente diagramma polare secondo le necessità, generalmente adatte ed utilizzabili esclusivamente per microfoni con pre-amplificatore costruito per microfoni a condensatore.

Fig. 25 index

n.b. L’invio della phantom power è necessario anche per i microfoni con capsula pre-polarizzata ( i modelli non pre-polarizzati a +100 V o +200 V ), in questo caso però verrà sfruttata solo per il circuito di pre-amplificazione e non per l’alimentazione della lamina diaframma come nelle capsule tradizionali.

Un’armatura pre-caricata, ha un valore di carica di circa 30 anni prima di cominciare a decadere e necessitare di una nuova carica.

 

Specifiche Tecniche

Il microfono a condensatore, per sua natura, non essendoci collegata nessuna bobina mobile al diaframma, è molto leggero, e risponde bene ai transienti veloci delle alte frequenze, quindi utile per la ripresa di strumenti che riproducono frequenze alte e medio-alte, non chè armoniche di ordine superiore. Mentre non è molto qualitativo per la ripresa di strumenti percussivi con quindi un attacco di inviluppo veloce, causa valori di risposta dipendenti dallo spostamento del diaframma mobile e non dalla sua velocità di movimento, caratteristica invece dei microfoni dinamici. Questa sua leggerezza gli comporta anche una maggior linearità in frequenza rispetto al dinamico, il che lo rende un microfono molto trasparente, con una risposta in uscita molto più naturale che una qualsiasi altra tipologia di microfono.

Visto il principio di trasduzione e metodo costruttivo appena analizzato, sono microfoni che più di altri si prestano per configurazioni di ripresa side-fire, modelli di diaframma rettangolari oltre ai classici a cerchio ( come visto anche nei precedenti articoli ), e la realizzazione di micro capsule ( fig. 26 ), ( come vedremo più in dettaglio nei prossimi articoli ).

Fig. 26 SC4060-Omnidirectional-Microphone-dscreet-Miniature-Microphones-DPA-Microphones-L

 

Risposta in Frequenza:

Come visto per i dinamici anche per i condensatori la risposta in frequenza varia a seconda delle dimensioni del diaframma mobile, come metodo costruttivo giocando sui vari fattori di smorzamento e risonanze, si tende a realizzare una più lineare risposta in frequenza possibile o fattori di risonanza o attenuazione a certe frequenze in base al tipo di utilizzo per cui è prodotto il microfono stesso, indipendentemente dalle dimensioni del diaframma, che comunque in un contesto reale e non di misura un largo diaframma risulterà sempre e comunque più idoneo alla ripresa energetica delle basse frequenze, mentre uno più piccolo alla ripresa delle alte frequenze.

Per fare alcuni esempi un microfono a condensatore a largo diaframma come quello in figura 27 ( configurazione a Boundary Layer che vedremo in altre argomentazioni ), viene modellato per avere una risposta in frequenza come quella in figura 28 che lo rende ideale per la ripresa della parte armonica della punta data dal suono del pedale in un grancassa da batteria acustica ( fig. 29 ).

Fig. 27 Shure_BETA_91A_Beta_91A_Kick_Drum_740223.jpg Fig. 28 site_img_us_rc_beta91_large

Fig. 29 Yamaha-Stage-Custom-Birch

Oppure sempre considerando un largo diaframma ma con l’obbiettivo di avere un’applicazione multipla, come voce, over head e strumenti in generale come per il microfono in figura 30, si può ottenere una risposta in frequenza tipo quella in figura 31 in cui si nota un leggero boost principalmente in alta frequenza per aiutare la ripresa delle armoniche in alta frequenza.

Fig. 30 2918493_11487323343.jpgFig. 31 freq.resp_.414vs581.png

In questo caso di figura 31 si nota anche l’effetto del filtro passa-alto variabile di cui è equipaggiato questo microfono. Ed il cambio del diagramma polare non è tramite selettore ma a livello logico tramite pulsante, ed illuminazione a led come riferimento per capire a quale diagramma polare il microfono sta lavorando.

Un microfono a più piccolo diaframma come quello in figura 32 può presentare una risposta in frequenza tipo quella in figura 33.

Fig. 32 71J6iJC8MML._SY606_  Fig. 33 index

In figura 33 si nota come vi sia anche in questo caso un leggero boost in alta frequenza e un taglio passa-alto naturale probabilmente derivato dalle piccole dimensioni del diaframma mobile.

Alcune capsule miniaturizzate come quella in figura 26 ( spesso grandi pochi mm, più piccole di un unghia di un dito ), se pur molto piccole riescono ad oggi sempre tramite gioco di risonanze e smorzamenti, ad ottenere risposte in frequenza tipo quella in figura 34, grazie anche al fatto che essendo molto piccole soprattutto in alta frequenza risentono molto meno dei problemi di diffrazione ed interferenza generati dalle dimensioni del microfono stesso.

Fig. 34 DPA-4091_T.jpg

n.b. Come vedremo più in dettaglio quando analizzeremo più in profondo le specifiche tecniche dei microfoni e come queste vengono misurate e calcolate, vedremo che il diagramma polare farà dipendere una differente risposta in frequenza, per cui microfoni a condensatore con diagrammi polari multipli, avranno differenti risposte in frequenza, una per ogni polarità, al quale seguiranno variazioni di anche tutte le altre caratteristiche del microfono.

Sensibilità:

La sensibilità del microfono a condensatore è superiore in media a quella del microfono dinamico, questo per la presenza del circuito di amplificazione prima dello stadio di uscita. Essa può variare di molto in base al metodo costruttivo del circuito di amplificazione da 4 – 5 mV a superare i 20 mV.

Max SPL:

Il microfono a condensatore come visto supporta un SPL inferiore a quello dinamico e si aggira da circa 140 ai 150 dBSPL in quelli di fascia alta.

Impedenza:

L’impedenza media di uscita di un microfono a condensatore si aggira dai 150 Ω ai 250 Ω, ma se ne possono trovare anche a 50 Ω e 300 Ω ( si ricorda che l’impedenza di ingresso del pre-amplificatore microfonico esterno deve essere almeno dalle 6 volte superiore in su ).

Self Noise o ENL ( Equivalent Noise Level ):

Il microfono a condensatore per sua natura è un microfono con un elevata dinamica grazie al suo basso rumore di fondo, è quindi spesso ritrovabile anche questo tipo di misurazione ( il livello di rumore intrinseco generato dal microfono stesso ).

Il rumore medio di un microfono a condensatore ( analogico ) va da circa 10 dBA ( i migliori ) a poco più di 30 dBA.

n.b. Il microfono più silenzioso al momento è il RODE NT1 con 4,5 dBA.

SNR:

Il Signal to Noise Ratio è il livello complessivo dinamico, e cioè la differenza tra il massimo valore di pressione sonora sopportata ed il rumore equivalente, ma non è una semplice sottrazione in quanto che dipende dai fattori di impedenza, di distorsione e di misura applicati/rilevati. In media un microfono a condensatore ha un valore SNR dagli 80 ai 90 dBSPL ( considerando un massimo valore SPL applicato di 96 dB o 1 Pascal ).

 

Conclusioni

Può capitare che una volta caduto o sbattuto, il microfono a condensatore non vada più, questo può significare oltre che per danneggiamento, un contatto tra le due armature, e quindi si sono attaccate l’una con l’altra essendo di polarità opposte, perciò basterà dargli una leggera bottarella in modo che le due armature ritornino al loro stato di riposo ed il microfono riprenda a funzionare.

Un altro fenomeno può essere quello di sentire il microfono distorcere anche se il pre-amplificatore a cui è collegato lavora perfettamente senza introdurre distorsioni, questo può essere causato dalla distorsione del pre-amplificatore interno al microfono stesso, soprattutto se il livello di pressione sonora generato dallo strumento è molto alto rispetto a quello massimo sopportabile dal microfono e/o l’impedenza di ingresso del pre-amplificatore microfonico è troppo bassa.

 

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