Microfoni – XI

SubKick

Il SubKick ( fig.1 ) è un microfono a largo diaframma con diametro generalmente dai 6″ ai 7″, non segue nessuna delle tecnologie viste fino ad ora, ma è realizzato semplicemente attraverso un altoparlante a bobina mobile ( del quale parleremo in altre argomentazioni ), utilizzato passivamente e con caratteristiche costruttive adattate ed adeguate ad una ripresa microfonica ( un pò come avviene anche nei microfoni visti in precedenza e quindi gestione delle sospensioni mobili, dimensioni e forma diaframma mobile, impedenza totale, ecc.. ). Il segnale viene prelevato in uscita generalmente sempre su connessione XLR bilanciata passiva.

Fig. 1 subkick

Come si vede in figura 1 è realizzato per essere montato su aste microfoniche cosi da ottimizzare posizione ed angolo di ripresa. Realizzato con una struttura metallica, fibra di carbonio e altre leghe di materiale resistente, anti polvere e anti pioggia, atte a minimizzare eventuali risonanza interne ed ottimizzare la risposta in frequenza.

Da questo microfono avendo un cosi largo diaframma si riesce ad ottenere una risposta in frequenza concentrata sulla parte bassa e media dello spettro molto più efficiente di un qualsiasi altro microfono ( fig. 2 ).

Fig. 2 2017-09-26_11-56-37

Come si vede dalla risposta in frequenza in figura 2 il rendimento maggiore lo si ha su una banda limitata, generalmente da circa 50 hz – 60 hz a circa 200 hz – 250 hz. Non è un microfono lineare come si può vedere, ancor meno che un microfono dinamico a bobina mobile, questo causato dal principio di trasduzione e dalle dimensioni del diaframma mobile che come visto tende a deformarsi più facilmente rispetto ad uno con diaframma più piccolo.

n.b. E’ il microfono che in assoluto riesce a riprendere e trasdurre meglio, con intensità, dettaglio e precisione frequenze al di sotto degli 80 hz.

Da questa risposta si può anche dedurre come un altoparlante possa si essere utilizzato in senso inverso ( come diaframma di ripresa e non di diffusione sonora ), ma con scarse caratteristiche tecniche. Lo stesso vale per il diaframma di un microfono che come vedremo può essere si utilizzato come diffusore sonoro ma sempre con scarse e poco efficenti caratteristiche tecniche.

La dinamica di questo microfono essendo molto più pesante rispetto ai modelli visti precedentemente, non è altissima, spesso non supera i 100 dB, ed anche il valore di distorsione armonica THD% è spesso più alto dei precedenti.

L’impedenza di uscita è generalmente quella di un qualsiasi microfono dinamico o condensatore ( intorno ai 150 Ω ).

Per tutti questi motivi tale microfono viene per lo più utilizzato sfruttando la risposta in bassa frequenza ( in cui il valore di distorsione armonica è meno percepibile ad orecchio umano ), a frequenze molto basse ( in cui la dinamica di un suono è più difficile da percepire cosi da mascherare una sensazione di compressione ), quasi sempre attorno ai 50 hz – 60 hz ( picco di maggiore rendimento ) tagliando la parte sopra ( attraverso filtri passa-basso ). Lo strumento musicale che più si addice per un tipo di ripresa e risalto in questo range di frequenze è il Kick o la Grancassa di una Batteria acustica ( fig. 3 ).

Fig. 3 static1.squarespace.com.jpg

n.b. Alcuni modelli possono presentare controlli di PAD e Filtro.

Al momento è un microfono con diagramma polare bidirezionale, per cui è bene fare attenzione durante la fase di ripresa a dirigere il diaframma in fase verso la sorgente, in caso opposto sarà da invertire la fase dal dispositivo che riceve il segnale ( es. mixer audio ). Questo lo rende ideale per un microfonaggio in studio di registrazione il cui contributo ambientale è fondamentale per il tipo di ripresa e mixaggio che si vuole ottenere. In contesto live è bene fare attenzione al ritorno delle basse frequenze dall’impianto audio ( ideale ove vi sia un configurazione a cardioide dei sub woofer in modo da minimizzare il rientro delle basse frequenze sul microfono che porterebbero facilmente a buchi ed alterazioni della risposta o al contrario all’innesco del larsen a seconda se il ritorno è in fase od in controfase ).

Come si vede in figura 3 nella ripresa della Grancassa di una Batteria acustica, è spesso utilizzato assieme al microfono principale, in quanto come detto il SubKick è utile e ha il suo miglior rendimento in una banda di frequenze molto contenuta, il resto dello spettro è compito di ripresa del microfono principale.

n.b. In questo caso, sarebbe bene controllare tramite apposito software esterno ( es. Rational Acoustics Smaart Live o Waves InPhase Plugin oppure ancora registrando su tracce separate la linea dei due microfoni e comparando cosi lo spettro in frequenza ) la fase di arrivo di entrami i microfoni in modo tale da ritardare quello in anticipo ( generalmente il subkick ) tramite apposito controller Delay presente in quasi tutti i mixer digitali odierni o su rack esterno per i modelli analogici, in quanto avendo due principi di trasduzione differenti, hanno anche due tempi di arrivo differenti. Questo ottimizzerà sia l’ascolto della risposta in frequenza ( più naturale ed amalgamata per due o più microfoni utilizzati contemporaneamente per una stessa sorgente ), sia la correlazione di fase nei punti di incrocio del filtro utilizzato ( nell’esempio fatto, tagliato a circa 70 Hz con filtro passa-basso, per lasciare pulite le frequenze attorno ai 50 hz – 60 hz che se facenti parti della pendenza del filtro potrebbero facilmente avere maggiori problemi di fase come vedremo quando parleremo di filtri ed equalizzatori ), e questo in quanto anche il microfono principale a sua volta dovrà essere tagliato ( filtro passa-alto ) dalla frequenza di taglio che si vuole tenere per la ripresa con il SubKick ( la stessa del SubKick circa 70 hz, vedremo come detto maggiori dettagli dei filtri quando parleremo di Equalizzatori ).

Come vedremo meglio quando parleremo di tecniche di ripresa microfonica e come è visibile anche dalla figura 3, la posizione ideale di questo microfono è quella in prossimità della pelle risonante della Grancassa della Batteria acustica, in cui il contributo energetico dei 50 – 60 hz è maggiore.

 

Microfoni Misti ( Doppio Elemento )

Esistono dei microfoni misti come quello in figura 4, generalmente un microfono a condensatore ed uno dinamico a bobina mobile assemblati insieme con 2 capsule differenti per 2 riprese differenti ma con la stessa uscita.

Fig. 4 Audio_Technica_A_552e409e21ca7.jpg

Il principio di questo microfono è quello di ottimizzare la ripresa di uno strumento dinamico che presenta un contributo in bassa, media ed alta frequenza.

Un esempio su tutti è la Grancassa di una Batteria acustica in cui la parte dinamica del microfono ( generalmente a largo diaframma ) trasduce meglio il contributo dinamico ed attacco dello strumento, e la parte a condensatore ( microfono che necessita quindi di alimentazione phantom a +48 V ), ( generalmente a piccolo diaframma ), per riprendere correttamente e meglio di un microfono dinamico la punta, l’aria e le armoniche dello strumento.

Questo microfono presenta un uscita su connessione Starquad con XLR a 5 poli ( fig. 5 ), in cui 3 sono utilizzati per la parte dinamica e 3 per quella a condensatore da cui si preleva anche la Phantom a +48 V.

Fig. 5 10397_1.jpg Fig. 6 ae2500_access_1_sq.jpg

Il segnale all’uscita è spesso prelevato tramite un apposito cavo Y ( 1 x 5 poli – 2 x 3 poli ), ( fig. 6 ).

Avendo cosi il segnale dinamico e quello a condensatore separati si dovrà poi ottimizzare la fase ( come visto anche per l’utilizzo del SubKick ), e si potrà quindi gestire il contributo dell’uno rispetto all’altro in modo indipendente.

Esistono poi microfoni come quello in figura 7 – 8, che presentano una doppia capsula di stesso principio di trasduzione ( generalmente dinamico ) con differente diagramma polare ( cardiode – supercardioide ), ed una differente larghezza del diaframma che consente in ripresa di una sorgente sonora attraverso un apposito controllo potenziometrico di ottenere e modellare il timbro di ripresa agendo sul quantitativo di segnale ripreso da una capsula rispetto all’altra.

Fig. 7 s-l300.jpg Fig. 8 2018-02-07_10-28-30.jpg

L’uscita di questo microfono è bilanciata du XLR.

 

Array di Microfoni

Un array di microfoni ( fig. 9 ) non è altro che un multimicrofonaggio ( quindi la presenza di più microfoni in determinate posizioni di ripresa ), oppure un unico microfono realizzato con più capsule ( presenti con determinato angoli di ripresa ), oppure ancora un unica capsula realizzata con multi-diaframmi.

Per quanto riguarda le riprese con multi-microfonaggio e microfoni con multipla capsula, vedremo questi in dettaglio più avanti quando parleremo di tecniche di ripresa microfonica e microfoni stereofonici e multicanale.

In questo argomento ci limiteremo a capire come funziona e dove può essere utilizzato un microfono multi-diaframma, composto quindi da un Array di diaframmi microfonici.

Fig. 9 array mic

Quella degli array multi-diaframma è un processo che riguarda la nanotecnologia, difatti la dimensione media di un diaframma che va a comporre un Array multi-diaframma, presenta dimensioni nell’ordine dei micron. Per la realizzazione di un Array multi-diaframma vengo spesso realizzate capsule con centinaia di piccoli diaframmi coincidenti ( fig. 10 ).

Fig. 10 array diaframmi coincidenti.jpg

Regolando fase e tempo di ritardo tra i vari diaframmi o gruppi di essi è possibile miscelando poi il segnale di tutti i diaframmi opportunamente processati, ottenere un unico diagramma polare di uscita, oppure miscelando gruppi di diaframmi ottenere più diagrammi polari e quindi più zone di ripresa. La tecnologia per ottenere questo è appunto la predisposizione dei diaframmi in modo coincidente e/o differenziale ( argomento che vedremo più in dettaglio quando parleremo di tecniche di ripresa microfonica, microfoni stereo e multicanale ).

Il vantaggio di utilizzo di un Array di Microfoni multi-diaframma è il fatto di poter gestire da remoto ( tramite apposita interfaccia e software per il controllo esterno, fig. 11 ), la direzionalità e quindi diagramma polare o multi-diagramma polare a posteriori ( copertura variabile ), quindi potendo installare il microfono ad esempio in una situazione fissa e non doverla più cambiare a mano, ma semplicemente tramite processamento DSP esterno, regolando direzionalità e numero di capsule attive in base al numero e posizione di un oratore.

Fig. 11 255294.jpg

Per questo è un microfono molto più utilizzato e diffuso in ambiente conferenziale, in sale da assemblea, uffici.

Ce ne possono essere di diversa tipologia come quelli da soffitto e parete ( fig. 12 ) e quelli da tavolo ( fig. 13 ).

Fig. 12 shure-mxa910_800px.png

Fig. 13 mxa310_alt_01.jpg

Attraverso la correlazione di fase e ritardo dei diaframmi microfonici come detto, è possibile realizzare ad esempio configurazioni di ripresa come quella in figura 14 e 15.

Fig. 14 mxa910_alt_04.jpg

In figura 14 un Array di microfoni da soffitto in cui è possibile creare più raggi di ripresa ben definiti e separati ( soprattutto alle medie e alte frequenze ), in bassa frequenza il sistema tenderà via via a diventare sempre più omnidirezionale come precedentemente analizzato. Cosi facendo e grazie alla direzionalità che si riesce a dare alla ripresa, è possibile riprendere e separare da eventuali rientri ogni singolo oratore ( con i conseguenti cambi di valore sulle caratteristiche tecniche complessive per via del cambio di direzionalità, come vedremo più avanti ), abilitando ad esempio solo ed esclusivamente il raggio di interesse, ad esempio non abilitando dopo apposita taratura il raggio di ripresa verso una sedia vuota, senza oratore. Il processo di regolazione fase e delay è pre configurato dal costruttore e non modificabile, per cui l’utilizzatore può essenzialmente decidere i valori precedentemente visti tramite preset e customizzazioni di essi.

In questo esempio l’Array microfonico da soffitto è limitato ad un singolo fascio ( più che utile per lo scopo, in quanto anche un solo fascio permette di coprire in ripresa un tavolo da 6 – 8 persone, se come vedremo posto ad una certa altezza, e minimizzare eventuali segnali audio con differenti di tempi in arrivo sul microfono, essendo ad una distanza sorgente-microfono generalmente più grande rispetto all’utilizzo di un Array microfonico da tavolo ).

In figura 15 una tabella di riferimento che evidenzia i 3 diagrammi polari realizzabili con l’Array microfonico da soffitto.

Fig. 15 2017-10-02_19-31-06.jpg

Mentre in figura 16 il raggio di copertura di ripresa a seconda del diagramma polare utilizzato e alla distanza del microfono rispetto alla sorgente.

Fig. 16 2017-10-02_19-32-55

Fig. 17 1476197938520.jpg

In figura 17 un esempio di applicazione di un Array di microfoni da tavolo, in cui è possibile creare un pattern toroidale ed eliminare disturbi e rientri provenienti dall’alto, ma anche qualsiasi altro diagramma polare visto fino ad ora, oltre che poter gestire fino ad 8 fasci differenti.

Questi microfoni hanno l’uscita audio ed il controllo remoto generalmente in dominio digitale, tramite connessione di rete su network audio DANTE o anche WiFi.

Il dispositivo per il controllo remoto funge anche da pre-amplificatore microfonico.

Fig. 18 ani4out-ani4in_shure.jpg

In figura 18 diversi modelli di interfaccia esterna per il controllo e gestione dell’Array di microfoni, come ingressi mic/line ( 10 Kohm ) ed uscite analogiche su XLR o Euroblock, oppure gestione bidirezionale del segnale in digitale su protocollo DANTE. In questo caso di figura 16 si ha la possibilità di controllare 4 segnali differenti In/Out, ma se ne possono trovare anche a più canali. Per quanto riguarda gli ingressi, questi danno la possibilità di aggiungere ulteriori microfoni esterni al network ed essere sommati a quelli dell’Array di microfoni appena visto. Per il controllo remoto dell’Array di microfoni come detto è necessario utilizzare la rete LAN ( inglobata nel protocollo DANTE ) o WiFi.

n.b. Senza un software per il controllo esterno su PC al quale sarà connesso il cavo di rete non è possibile attivare e gestire il routing e funzionamento dell’Array di microfoni.

n.b. Molto spesso non tutti i canali su ingressi esterni possono essere miscelati simultaneamente con quelli dell’Array di microfoni, a volte è necessario effettuare un pre-summing deciso dall’utente sempre tramite controllo remoto, per cui vengono sommati ad esempio due ingressi e quindi risulteranno e potranno essere controllati come un singolo canale nel mixaggio con il segnale dell’Array microfonico.

L’alimentazione del controller esterno è PoE e cio’è prelevata direttamente dal cavo Ethernet.

Mettendo in ponte ( tramite connessione di rete DANTE ) più controller ricevitori è possibile gestire un numero superiore di canali di In/Out secondo i limiti del protocollo e software a disposizione, oltre che del microfono stesso.

Un’illustrazione schematica del possibile funzionamento pratico di un Array di microfoni incluso l’utilizzo di microfoni esterni lo vediamo in figura 19.

Fig. 19f_c5f0d7f7-36e9-4def-a13a-78f77338f98d-ENG.png

Che sia un Array di microfoni da soffitto o da tavolo è possibile collegarlo tramite network di rete ( in questo caso DANTE ), ad uno switch ( utile per la creazione di un network, soprattutto se si vuole inviare il segnale audio anche in altri ambienti, o addirittura ad un server centrale per portarlo in altre location ).

Al network switch si collegherà il dispositivo per il controllo remoto delle uscite e gestione del segnale microfonico ( sempre tramite cavo di rete ). Da questo sarà possibile quindi prelevare il segnale audio da inviare a dei sistemi di diffusione sonora.

Un PC con software integrato per la gestione del routing e realizzazione fasci di ripresa dell’Array di microfoni ( oltre alla possibilità di inviare audio ) deve essere anch’esso interfacciato con lo switch di rete cosi da poter controllare sia il microfono che un qualsiasi dispositivo per la gestione delle uscite ed ingressi esterni. Per gli ingressi collegare sempre allo switch di rete il dispositivo che permette di prelevare ingressi microfonici esterni se non già previsto all’interno di un unica interfaccia.

Con altri protocolli tipo AVB o Ravenna è possibile direttamente dal PC e tramite apposita interfaccia inviare sia Audio che Video contemporaneamente all’Array di microfoni poi da separare ( audio per la diffusione sonora, video per la proiezione di immagini e video ) tramite apposita interfaccia, sfruttando sempre lo switch di rete.

Di seguito un link ad alcuni video dimostrativi del funzionamento di un Array di Microfoni.

http://mxa.shure.eu/#mxa-invisible-english

n.b. Quando parleremo di Array di microfoni multi-capsula e tecniche di ripresa microfonica con Array di microfoni a singola capsula, vedremo il principio di funzionamento e com’è possibile regolando fase e delay ottenere un differente diagramma polare rispetto ad uno definito di partenza.

 

Caratteristiche Tecniche

Di norma un Array di microfoni allo stato attuale può generare e rende modificabili indipendentemente dai 4 agli 8 lobi di polarità di ripresa, ma come detto non tutti fanno questa operazione, altri, soprattutto quelli da soffitto si limitano a creare 3 – 4 tipologie di diagramma polare per un singolo fascio.

I valori delle caratteristiche tecniche dipendono fortemente dal tipo di diagramma polare che si realizza.

 

Risposta in Frequenza

Generalmente questi microfoni hanno una risposta in frequenza da 100 hz a 20 Khz ( per lobo ).

 

Sensibilità

Di norma non sono microfoni molto sensibili ( avendo diaframmi molto piccoli ), per cui adatti per ambienti silenziosi ed acusticamente controllati.

Generalmente la sensibilità si aggira attorno dai – 21 dBFS/Pa ai 0,75 dBFS/Pa – ( con riferimento al segnale audio digitale, quindi dopo la conversione a/d ).

 

Max SPL

Generalmente sono microfoni che non sopportano un elevato valore SPL ( ma più che idonei per la ripresa di parlato, per cui sono stati pensati e costruiti ).

Hanno valori da circa 90 dBSPL a 110 dBSPL.

 

Signal to Noise Ratio

Generalmente 67 dBA ( per diagrammi polari più direttivi ) – 83 dBA ( per diagrammi polari più omnidirezionali ).

 

Self Noise

Generalmente dagli 11 dB SPLA ( per diagrammi polari più direttivi ) ai 27 dB SPLA ( per diagrammi polari più omnidirezionali ).

 

Conversione A/D

Il segnale microfonico è convertito in digitale ad una risoluzione pari a 24 bit 48 Khz, prossimi a 96 Khz.

 

Range Dinamico

Generalmente dagli 80 dB ( per diagrammi polari più omnidirezionali ) ai 100 dB per diagrammi polari più direttivi ).

 

Diagramma Polare

Nei microfoni in cui è possibile gestire il diagramma polare generalmente è possibile realizzare per ogni lobo un qualsiasi diagramma polare tra cui: Omnidirezionale, Bidirezionale, Cardioide, Supercardioide, Ipercardioide, Toroidale.

 

Conclusioni

Tramite software è poi possibile gestire diversi parametri del DSP sul controllo della radiazione dei lobi dell’Array di microfoni, tra cui equalizzazione dei singoli lobi, cancellazione dinamica dell’eco acustico ( argomento che vedremo più avanti ), automix ( argomento che vedremo più avanti ), appunto routing, abilitazione ed in certi casi forma dei lobi ( spesso è standard e controllabili solo da preset, quindi già definiti, solo da scegliere quali e quanti abilitarne ).

La trasmissione dei dati audio sul network di rete è criptata con chiave di protezione almeno con standard AES-256.

 

Microfoni di Misura

Il microfono di misura ( fig. 20 – 21 ) è quel microfono che è costruito per rappresentare una perfetta linearità nella risposta in frequenza ( < 0.1 dB da 20 Hz a 20 Khz i migliori ).

Fig. 20  misura mic 2.png

Fig. 21  misura mic 3

Il principio di trasduzione che permette di ottenere questo tipo di linearità è quello a condensatore ( analogico ), e per questo il microfono di misura è un microfono con capusla a condensatore ( generalmente pre-polarizzata ), richiedono comunque phantom di alimentazione a +48 V.

n.b. Vedremo nel prossimo articolo i microfoni a laser che permettono di ottenere prestazioni ancora più elevate ma ancora poco diffusi per via dei costi e nuova tecnologia.

Come si vede in figura 18 e 19 possono esistere varie forme e dimensioni del microfono e capsula microfonica, al fine di ottenere una risposta più lineare possibile, i migliori sono quelli con larghezza del diaframma di 1/4″ e ancor più 1/8″ ( fig. 22 ), ( per un migliore rendimento in alta frequenza ), mentre da 1″ per un miglior rendimento in bassa frequenza ( fig. 20 ).

Fig. 22  misura mic.png

Questi microfoni sono spesso utilizzati come capsule per Fonometri ( fig. 23 ), ( apparecchiatura utilizzata per il rilievo di pressione sonora, risposta in frequenza, tempo di riverbero, Leq, inquinamento acustico, ed altri parametri acustici che vedremo meglio quando parleremo di Fonometri ), ( strumentazione che vedremo più in dettaglio in altri argomenti ). Il fonometro poi è un componente che rende questo microfono un microfono di misura digitale in quanto che il segnale elettrico prima di venire elaborato per la misura dei dati viene convertito in digitale e quindi tutti i valori rilevati sono esaminati su di un segnale audio digitale.

Fig. 238250-6272029.jpg

Possono essere comunque utilizzati come microfoni da associare ad interfacce audio a cui collegare un computer con apposito software per rilievi acustici ( quindi al posto di Fonometri, se pur quest’ultimi meglio ottimizzati per misure in mobilità e di sicurezza sulla precisione della misura, mentre se si usano interfacce esterne la qualità dell’interfaccia audio è di fondamentale importanza ). Un esempio di software può essere Rational Acoustics Smaart Live ( molto utilizzato per rilievi e taratura impianto audio in contesto Live ), oppure Software della Audio Precision ( per i rilievi nella misurazione della risposta in frequenza, fase e molti altri parametri di altoparlanti e diffusori acustici, molto usato dai costruttori ). Entrambi i software sono comunque utilizzati tramite PC e quindi per lo più in postazioni fisse. Per rilievi in mobilità il Fonometro rimane la prima scelta.

Non sono utilizzati o comunque poco diffusi in ambiente audio live e recording per via degli scarsi valori dinamici offerti < 100 dB.

 

Caratteristiche Tecniche

Risposta in Frequenza

I migliori per le alte frequenze sono senza dubbio quelli con diaframma da 1/8″ che possono raggiungere i 140 Khz con tolleranza di 0,1 dB, ma ache in bassa 2 Hz con tolleranza di 3 dB.

Mentre per le basse i migliori sono quelli da 1″ che possono raggiungere i 5 Hz con tolleranze di 0,1 dB, 2 Hz con tolleranza a 3 dB, ma anche in alta 18 Khz con tolleranza di 3 dB.

 

Sensibilità

Anche la sensibilità varia molto a secondo se il microfono è pre-polarizzato e dalla grandezza del diaframma.

Per diaframmi piccoli come quello a 1/8″ la sensibilità media va dagli 1 mV ai 3 mV, utile quindi per rilevare forti pressione sonore.

Per diaframmi più grandi come quello da 1″ la sensibilità media va dai 50 mV ai 70 mV, utile quindi per rilevare più piccole variazioni acustiche.

 

Max SPL

Un microfono con più largo diaframma sopporterà una massima pressione sonora più bassa.

Diaframmi da 1″ generalmente non superano i > 140 dB.

Diaframmi da 1/8″ arrivano anche a > 180 dB.

 

Impedenza

L’impedenza di uscita è quella comune di un microfono a condensatore, con range da 50 Ω a 250 Ω.

 

Risonanza Diaframma

Parametro puramente indicativo ed utile per definire i limiti di misurazione, frequenza di maggiore intensità, spesso superiore ai 2 – 3 dB che per un microfono di misura sono eccessivi.

 

Diagramma Polare

Il diagramma polare del microfono utilizzato per la misura è quasi sempre omnidirezionale cosi da avere una perfetta correlazione di fase e risposta in frequenza in qualsiasi angolo di incidenza.

 

THD %

Livello di pressione sonora dei microfoni di misura, generalmente calcolato per un valore percentuale di distorsione del 3%.

Per microfoni da 1″ si aggira attorno ai > 145 dB.

Per microfoni da 1/8″ si aggira attorno ai > 165 dB.

 

Pre-polarizzazione:

I migliori e più stabili nel tempo, sono le capsule pre-polarizzate ( od in certi casi a polarizzazione esterna, tramite apposito alimentatore fornito insieme al microfono ) a 200 V.

 

Calibrazione

Qualsiasi microfono di misura deve essere accompagnato dal tipo di calibrazione, in quanto come vedremo nella trattazione di questo argomento, farà dipendere il tipo di utilizzo del microfono stesso. Se indicato Free Field la calibrazione e misurazione è fatta tramite pistonofono.

 

Taratura e Calibrazione dei Microfoni di Ripresa e di Misura

Il microfono, che sia di misura o di ripresa durante la fase costruttiva e post vendita come vedremo nella spiegazione di questo argomento e come già precedentemente accennato, viene dal costruttore tarato al fine di offrire caratteristiche tecniche che si avvicinino il più possibile a quelle ricercate e progettate.

Esistono 3 tipologie per calibrare e cosi analizzare le caratteristiche tecniche di un microfono:

  1. a Pressione ( utilizzati per la taratura fai da te, ma anche professionale su microfoni di ripresa e di misura ).
  2. in campo Anecoico ( utilizzata sia per microfoni di ripresa che di misura ).
  3. in campo Riverberante ( esclusivamente per microfoni di misura che verranno utilizzati per rilievi in ambienti molto riverberanti ).

La taratura del microfono in campo riverberante definisce una risposta in frequenza con metodo a pressione o camera anecoica maggiormente accentuata sulle alte frequenze, in modo tale da ottenere una risposta in frequenza lineare in un ambiente riverberante causa interferenze esterne per riflessione ambientale e quindi ritardi di fase in incidenza sul microfono rispetto al suono diretto.

La taratura del microfono di ripresa al fine di controllare e definire la struttura del sistema per il raggiungimento di specifiche tecniche date è molto complessa, generalmente il modello del microfono viene disegnato al cad e poi successivamente costruito attraverso appositi macchinari ad oggi anche stampanti 3D e poi testato ( alcuni collegamenti sono ancora ad oggi fatti a mano, come possono essere il collegamento dei fili + e – della bobina mobile o condensatore al pre amplificatore, l’avvitamento di un eventuale capsula removibile, sostituzione di parti danneggiate durante i processi di montaggio e test ).

I test ed i controlli finali prima del rilascio delle specifiche tecniche definitive e la commercializzazione, per il calcolo della massima pressione sonora sopportabile ( Max SPL ) più altri parametri come rumore di fondo, THD%, SNR ( come vedremo quando parleremo di specifiche tecniche ), sono eseguiti con metodo a pressione.

Il controllo e la definizione del diagramma polare, della risposta in frequenza e a volte anche della massima pressione sonora sopportabile ( Max SPL ), sono invece eseguiti in camera anecoica.

Nei microfoni di misura ancor più che nei microfoni di ripresa, è importante il fattore di variazione di temperatura, umidità e dilatazione termica a cui è soggetto il microfono, soprattutto il diaframma mobile, fattori che possono causare una variazione delle specifiche tecniche del microfono stesso. Alcuni microfoni soprattutto quelli di misura che necessitano di precisioni assolute ai fini dei rilievi acustici, presentano e sono noti i valori dei coefficienti di variazione delle specifiche in base ai fattori di temperatura, umidità e pressione atmosferica.

Le metodologie e standard utilizzati per la taratura e calcolo delle specifiche tecniche dei microfoni soprattutto a livello professionale sono spesso indicate nei Data Sheet.

Alcuni microfoni soprattutto quelli a condensatore e microfoni di misura vengono forniti con una leggera ma maggiore sensibilità di uscita rispetto a quella definita nelle caratteristiche tecniche, questo perchè spesso il diaframma e i componenti di cui sono composti subiscono una stabilizzazione ( un rodaggio ) nel primo tempo di utilizzo, per poi arrivare alle specifiche tecniche date.

Da quanto visto fino adesso è molto importante controllare periodicamente lo stato dei microfoni soprattutto quelli di misura ( fonometri ) che per normativa necessitano della ricalibrazione ogni 2 anni.

La ricalibrazione del microfono di misura o di ripresa viene fatta il più delle volte in pressione attraverso un microfono campione ( calibratore acustico ), questi calibratori generano un valore noto e stabile di pressione sonora. Una volta ricalibrato vengono eventualmente fatte le dovute correzioni per il risanamento delle specifiche tecniche misurate in campo libero ( ambiente anecoico ) o campo diffuso ( ambiente riverberante ), secondo i metodi costruttivi e di taratura utilizzati in fase di progettazione.

Generalmente per microfoni a basso costo acquistare un nuovo microfono costa meno che ricalibrarne uno usato, se il microfono invece è molto costoso come il fonometro è possibile inviare il microfono al costruttore o chi per lui effettua la ricalibrazione acustica e meccanica del microfono. Esiste poi come vedremo, la possibilità di acquistare calibratori acustici da uso personale per la ricalibrazione dei fonometri, limitati però esclusivamente per la ricalibrazione del livello di pressione sonora.

La ricalibrazione acustica è per lo più diffusa ed utilizzata per tarare i fonometri in quanto come detto è previsto per legge.

 

Calibratori Acustici

Il calibratore acustico è uno strumento che va montato correttamente sulla capsula microfonica come da figura 24, ed è uno strumento a pressione.

Fig. 24  CEL1101-CALIBRATORE-ACUSTICO-serie-CEL62_1-large.jpg

Non fa altro che generare una pressione sulla capsula microfonica ed attraverso rilevatori software interni al microfono stesso ( come il fonometro ) e/o esterni, esempio programmi su pc soprattutto per misurare i microfoni di misura o ripresa analogici, viene rilevata la risposta in uscita, se discosta da quella delle specifiche tecniche date, viene eseguita la ricalibrazione e taratura del microfono.

 

Pistonofoni

Possono esserci calibratori elettromeccanici ( pistonofoni ) ( passivi o attivi ) ( fig. 25, fig. 26, fig. 27, fig. 28 ) per la taratura in pressione, realizzano la pressione acustica attraverso il movimento meccanico di un pistone ( fig. 27 ), con pressione acustica fissa al di sotto dei 400 Hz, generalmente alimentabili a batteria o manuali. Lavorano bene a frequenze basse generalmente fino a 250 Hz e rispetto a quelli elettroacustici hanno un tempo di vita più lungo in quanto non presentano componenti elettrici ed attivi ( se non per il controllo dei parametri di test ) ma solo meccanici. In caso di usura meccanica si ha un aumento considerevole della distorsione armonica generata.

Fig. 25  pce-instruments-calibratore-acustico-pce-sc-42-139180_878267Fig. 26  5413-9768915

Fig. 27 17612-5450791.jpg Fig. 28  images

Fig. 29  2016-08-24_15-37-27.jpg

I pistonofoni sono però meno sensibili e precisi rispetto a quelli elettroacustici in quanto dipendono fortemente dalla pressione atmosferica in cui vi si trova per effettuare la calibrazione, in misura inferiore invece dipendono dai fattori di temperatura ed umidità, comunque molti pistonofoni vengono forniti con i valori di correzione in base al valore della pressione atmosferica rilevata, temperatura ed umidità.

La migliore incertezza ottenibile è di 0,1 dB.

Per quanto riguarda i pistonofoni in commercio ad uso consumer, generalmente i valori calcolati sono fissi per quelli passivi e generalmente con 2 valori 94 dB e/o 114 dB per quelli attivi.

Un calibratore poi non è universale ma generalmente può essere accoppiato ad una o più tipologie di capsule microfoniche, per cui è bene informarsi prima se il calibratore acustico che si vuole acquistare è compatibile con il proprio microfono.

 

Altri Calibratori

Un’altra tipologia di calibratori acustici sono quelli elettroacustici – elettrodinamici ( calibratori ) con pressione acustica e frequenza variabile ( fig. 30 ), per la taratura in camera anecoica ed ambiente riverberante.

Fig. 30accopiatore.jpg

Essi sono costituiti da un piccolo altoparlante piezoelettrico che attraverso un generatore esterno può generare valori di frequenza e pressione sonora variabili. Questo suono viene inviato verso la fessura di un accoppiatore, il quale in alcuni casi può essere regolato da un microfono di controllo ( in controreazione ). Le frequenze utilizzabili sono da 20 Hz a 16 Khz, per frequenze superiori è necessario l’utilizzo di un pistonofono o di un altoparlante piezoelettrico in accoppiamento ( vedremo più avanti ), questo perchè le piccole lunghezze d’onda ( con propagazione sferica ) oltre i 16 Khz vanno a creare valori di diffrazione e riflessione all’interno del condotto dell’accoppiatore ( dovuto anche ai diversi gradi di incidenza ) che alterano la precisione del rilievo. Il microfono di controllo è un microfono campione già tarato ed il quale rilevo viene comparato con il rilievo del microfono da testare per capirne le variabili.

In alcuni casi come detto è possibile utilizzare particolati altoparlanti piezoelettrici che in accoppiamento generano un’onda cilindrica, la quale a differenza dell’onda sferica generata dal metodo visto precedentemente, consente di ottenere una propagazione del suono prossima ai 0°, evitando cosi riflessioni fuori asse e minimizzando i valori di diffrazione permettendo di alzare la frequenza di analisi al fine di evitare l’utilizzo del pistonofono ed avere una calibrazione ottimale fino alle più alte frequenze prese in considerazione, migliorando anche l’analisi delle stesse frequenze intermedie tra i 20 Hz ed i 16 Khz.

I calibratori elettrodinamici non sono sensibili alle variazioni di pressione, termica ed umidità, ma richiedono un controllo periodico presso laboratori di taratura perchè soggetti a derive.

Un calibratore elettrodinamico ha incertezze nella misura di:

0,15 dB da 250 Hz a 2 Khz,0,5 dB a 31,5 Hz e 16 Khz.

Calibratori acustici professionali utilizzati dai costruttori prevedono anche attraverso l’ausilio di software esterno e appositi ambienti di controllo ( camere anecoiche e/o riverberanti ) il rilievo e ricalibrazione di altre caratteristiche del microfono ( come Max SPL, THD %, SNR ).

 

Normativa Calibratori Acustici

I calibratori acustici sono divisi in 3 classi di precisione ( linearità nella risposta in frequenza ):

  • Classe o ( tolleranza +/- 0,15 dB )
  • Classe 1 ( tolleranza +/- 0,3 dB )
  • Classe 2 ( tolleranza +/- 0,5 dB )

Se è presente la lettera L dopo la classe di appartenenza significa che il calibratore può lavorare in un campo ristretto di condizioni ambientali ( indicato nelle specifiche del microfono ), se invece è presente una lettera C significa che richiede correzioni per le condizioni ambientali ( sempre indicato nelle specifiche tecniche ).

 

Conclusioni

Terminiamo qui l’analisi sulle calibrazioni acustiche lasciando qualche info sulle normative per chi vuole approfondire i metodi di taratura dei calibratori campioni e dei microfoni da tarare secondo le normative in vigore.

IEC60942:2003 per i calibratori acustici

IEC 61094-5:2016 per la taratura di microfoni campione in pressione, in campo libero ed in risposta in frequenza tramite attuatore elettrostatico.

 

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