Microfoni – XII

Sonde Intensimetriche

Una sonda intensimetrica ( fig. 1 ) non è altro che un multi-microfono di misura per i rilievi dell’Intensità Acustica e della Potenza Sonora.

Fig. 1  2009_7_18_19_10_27_accessori_schedajpg.JPG

Vedremo le sonde intensimetriche in altre argomentazioni.

In figura 2 un calibratore acustico per sonde intensimetriche.

Fig. 2  3541-A_Sound-intensity-calibrator.png

 

Idrofono

L’Idrofono ( fig. 3 ) non è un microfono di misura costruito con grado di protezione da IP67 o IP68, adatto per rilievi, misure e riprese del suono sott’acqua, anche oltre 1 metro di profondità per IP68.

Fig. 3 8104.png

Esistono diversi tipi di Idrofoni come quelli in figura 4 di dimensioni, forme e caratteristiche tecniche differenti, in base alla qualità e quindi costo che il produttore vuole offrire al consumatore.

Fig. 4 hydrophones.jpgFig. 5  drawing 8104.jpg

Sono microfoni che vendono venduti già assemblati di cavo bilanciato ( entro pochi metri ), in quelli più professionali invece è possibile acquistare un cavo a parte ( fino a decine di metri per arrivare più in profondità o comunque a più larghe distanze ).

La struttura di un Idrofono è rappresentata in figura 5, in cui la larghezza della capsula del microfono ( composta generalmente da una lega di materiale isolante in nitrile-butadiene-gomma ) farà dipendere una più o meno risoluzione anche alle basse frequenze. La capsula è essenzialmente un piezoelettrico ( quindi non ci si deve aspettare un suono chiaro, cristallino e pulito, come può avvenire in ripresa in aria utilizzando un microfono a condensatore ), rivestito esternamente in gomma per l’isolamento dall’acqua. La capsula cosi come costruita presenta un particolare grado di elasticità che permetterà di muoversi anche con le più piccole vibrazioni e creare una trasduzione in segnale elettrico ( come visto in spiegazione dei microfoni piezoelettrici ).  Il cavo bilanciato e quasi sempre schermato, è quasi sempre di materiale PVC ( naturalmente isolante per acqua ed interferenze elettromagnetiche esterne ), agganciato alla capsula del microfono con apposito sistema ad avvitamento o ad innesto, comunque sempre IP67 o IP68.

n.b. Recentemente è stata proposta un tecnologia che permette un notevole aumento della qualità audio di un Idrofono, soprattutto in linearità e sensibilità, questa tecnica sfrutta una luce a laser dalla quale secondo i suoi cambi di valore di intensità luminosa, rilevamento distanza microfono-sorgente e molti altri fattori, riesce in modo più preciso e chiaro a trasdurre i movimenti dell’acqua in segnale, in questo caso ottico-acustico, ( vedremo qualche dettaglio sui microfoni a laser nel prossimo articolo ).

 

Specifiche Tecniche

Fig. 6 BK8103_conduct_temp_vari_01.jpg

Alcune delle specifiche ( differenti da quelle che vedremo per i microfoni ad utilizzo in aria che vedremo nel prossimo articolo ) che possiamo trovare leggendo le caratteristiche tecniche di un Idrofono sono come da figura 6 la Frequenza di Risonanza, la quale varia secondo il grado di temperatura dell’acqua, più tale risonanza è bassa e lontana ( spostata verso le alte frequenza ) e tanto più lineare sarà la risposta del microfono, oltre a questo pone un limite in alta frequenza nella fedeltà dell’analisi ( in acqua e soprattutto per riprese e test scientifici generalmente vengono tenute utili bande da 1 hz a 100 Khz ).

Fig. 7 BK8104_admit_press_vari_18degC_01.jpg

In figura 7 le variazioni dei valori di conduttanza e suscettanza a 18°C di temperatura in base alla pressione dell’acqua definita, il quale grafico evidenzia il grado di ammettenza, che rappresenta la fase di questo microfono.

Fig. 8 BK8104_conduct_press_vari_01_v2.jpg

In figura 8 sempre un grafico che mostra la risonanza di un Idrofono, in questo caso un altro modello, da cui si può intuire come molto variabile possa essere questo valore ( risonanza posta a circa 270 Khz – 280 Khz più in alto rispetto al precedente ), per cui è bene fare molta attenzione alla scelta del microfono adatto alle proprie esigenze.

Fig. 9 BK8104_Sens_temp_01.jpg

In figura 9 la risposta in frequenza del microfono in base alla temperatura dell’acqua ( si nota come la temperatura condizioni fortemente la misura e la sua sensibilità ).

n.b. Come si nota dall’analisi dei questi grafici la pressione e temperatura dell’acqua ha valore fondamentale per le caratteristiche tecniche del microfono ( molto più che in aria, quasi irrilevante per misurazioni a terra come si esegue normalmente ), da tenere quindi in considerazione prima di effettuare una misura/rilievo. Le frequenze utili per l’analisi come detto sono molto grandi, oltre la banda audio udibile, difatti spesso vengono utilizzati solo ed esclusivamente come strumenti per rilievi di dati invece che per la trasduzione del segnale in acustico.

 

Calibratori per Idrofoni

Come per i microfoni da misura esistono anche calibratori acustici per Idrofoni ( pistonofoni i più diffusi, perchè simulano meglio la pressione dell’acqua ) come quello in figura 10, dal quale generalmente si rilevano e tarano valori come la risposta in frequenza e gradi di risoluzione ( come dinamica, thd%, fase ) a diversi valori di pressione sonora dipendente dal tipo di idrofono sotto test.

Fig. 10  4229_Boxed.png

Per maggiori info rimando al sito della Bruel&Kjaer.

 

Microfono Laser

Il microfono Laser ( fig. 11 ) chiamato anche interferometro per via del suo principio di trasduzione del segnale da ottico ad elettrico, è una tecnologia recente, sviluppata e diffusa dalla start up austriaca Xarion. Al momento è sviluppata per misurazioni e rilievi, meno diffuso per la ripresa audio per via ancora delle sue povere qualità timbriche e dinamiche del suono trasdotto. Esistono sul mercato differenti modelli, tra quelli per ripresa in aria, idrofoni e esclusivi per rilievo dati.

Fig. 11 ( esempio di microfono laser per utilizzo in aria ).

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Viene generalmente utilizzato un conduttore in fibra ottica, alla quale base per la connessione al trasduttore/pre-amplificatore si presenta come terminale BNC.

Il box di trasduzione del segnale ottico in elettrico può presentare diverse funzionalità, tra cui il rielevo istantaneo del livello del segnale audio con associato un controllo del guadagno, cosi da amplificare o attenuare il segnale audio ( fungendo proprio da semplice ma funzionale pre-amplificatore ). Presenta a volte anche un controllo per la frequenza di taglio passa-alto. L’uscita del segnale elettrico al momento, visto l’utilizzo, si presenta esclusivamente in digitale via USB per l’interfacciamento con software di analisi esterno su PC ( fig. 12 ).

Fig. 12 613ed132645ee1ccb330ccb28dbdc42e

Il principio di funzionamento del trasduttore ottico-elettrico è rappresentato in figura 13.

Fig. 13 interferometro.png

Un diodo laser da 1 mW genera un segnale stabile luminoso con larghezza di banda di circa 1550 nanometri ( range infrarosso ), che tramite un conduttore in fibra ottica ( potendo cosi collegare ed utilizzare cavi lunghi > 100 m ) ed un specchio guida, viene portato ad attraversare una coppia di specchi paralleli semi-riflettenti ( trasparente da un lato, riflettente dall’altro, cosi da determinare un segnale luminoso stabile e permanente al loro interno ). Il suono della sorgente farà si che le molecole d’aria in movimento alterino la luminosità e stabilità della luce laser presente tra i due specchi, potendo essere rilevato dal sensore posto all’interno del box che rileva queste variazioni direttamente dalla luce presente nel cavo in fibra ottica, e verrà quindi trasdotto in dominio elettrico. Il sensore può generalmente registrare variazioni nell’ordine di 10–14.

In figura 14 la capsula/sensore del microfono laser connessa al cavo in fibra ottica.

Fig. 14 79e1794cb156afb05141850ff7306d13

Aumentando la distanza tra i due specchi semi-riflettenti ( ad oggi poche decine di micron ) è possibile aumentare il diametro del “diaframma” di questo microfono, ed ottenere una maggiore resa anche in bassa frequenza ( ma questo porta anche al ripensamento di tutta la struttura laser-specchi-sensore-pre-amplificatore, e per questo ancora non è stato sviluppato un modello con un più largo diaframma ).

Di seguito un link ad un video rappresentativo del principio di funzionamento:

http://xarion.com/technology/technology

 

Specifiche Tecniche

Un microfono a Laser ha la caratteristica fondamentale di essere molto preciso e non avendo alcun componente mobile anche molto silenzioso, tanto che la sua massima pressione sonora sopportabile si aggira su > 150 dB, mentre come detto povero di dinamica < 100 dB, una risposta in frequenza lineare da 10 hz ad 1 MHz, sensibilità standardizzata attorno ai 10 mV, diagramma polare esclusivamente omnidirezionale.

La scarsa qualità audio ( che come visto non tanto derivante dalle prestazioni che sono molto più elevate e risolutive di un qualsiasi altro microfono, non avendo alcun componente mobile attivo o passivo ), è data soprattutto dalla lentezza del processo di trasduzione dato dall’insieme luce-specchi e dal piccolo raggio di ripresa dato dal laser ( luce molto direttiva entro 1°, espandibile tramite specchi riflettenti, ma con ulteriore aumento della latenza ed errori di fase ), cosa che lo rende dinamicamente compresso e scadente in bassa frequenza ( a livello audio ). Quando si riuscirà ad ottimizzare questo processo probabilmente questi microfoni verranno utilizzati anche in ambiente audio pro e sostituiranno quelli odiernamente utilizzati.

Non necessitano di particolari metodi costruttivi contro le interferenze elettromagnetiche, in quanto ne sono immuni.

 

Caratteristiche Tecniche dei Microfoni di Ripresa e Misura

Di seguito le specifiche tecniche che possiamo trovare comunemente nei data sheet dei microfoni di ripresa e misura, per cui è bene fare attenzione e dare importanza a questi valori per scegliere il giusto microfono secondo le proprie esigenze.

Come accennato nell’articolo precedente la taratura del microfono di ripresa è eseguita in pressione o camera anecoica, mentre per quelli di misura può essere eseguita anche in campo riverberante. Per i microfoni di misura viene spesso indicato il tipo di taratura per via dell’utilizzo che se ne deve fare, in quanto come visto può essere necessario utilizzare tabelle di correzione tolleranze, per i microfoni da ripresa invece non viene quasi mai indicato in quanto non è un parametro fondamentale, essendo il microfono utilizzato per l’ascolto e calibrazione del suono percepito secondo le proprio capacità e gusti.

Se non espressamente indicato per comparazione, essendo ogni parametro che analizzeremo dipendente dalla frequenza presa in esame, dalla pressione sonora incidente sul diaframma e dall’impedenza di carico applicata all’uscita del microfono, non potendo indicare ogni valori per ogni frequenza e ogni variazione di pressione ed impedenza, si prende sempre ( da standard ) come riferimento per le misure, la frequenza di centro banda 1 Khz e la pressione di 1 Pa ( 94 dB ), il carico applicato se non indicato viene considerato a “vuoto”, quindi senza carico applicato ( per cui i valori in campo reale dipenderanno effettivamente poi dal tipo di impedenza di ingresso del pre-amplificatore microfonico, che ricordo per ottimizzare i parametri di calcolo a vuoto e non impoverirli ( a vuoto il microfono ha il massimo rendimento ), è necessario avere un rapporto di impedenza > 1:6 ).

La dicitura di ogni parametro può avere vari nomi dati dal costruttore, ma stanno ad indicare la stessa misura.

La misurazione delle caratteristiche del microfono sempre se non specificatamente detto e a parte le misurazioni legate alla polarità, sono sempre in asse con la capsula microfonica.

Il segnale generato per i test alla definizione delle specifiche tecniche, è come detto ad 1 Khz, e si presenta come una sinusoide stabile in intensità e frequenza con minime tolleranze, in caso di analisi di risposta in frequenza e valori con più ampio range di frequenze ( Broadband ) è utilizzato un rumore bianco.

 

Tipologia di Trasduttore o Principio di Operazione

Fig. 15 2017-10-03_14-43-20

Indica la famiglia del microfono ( quindi Condensatore, Dinamico, Nastro, ecc… ), a volte è indicato come il tipo di trasduzione vera e propria ( a Pressione, a Gradiente di Pressione, ecc.. ).

 

Tipo di Capsula

Fig. 16 2017-10-03_14-42-18

Indica le dimensioni del diaframma e se a condensatore il tipo di caricamento ( polarizzazione esterna o pre-polarizzato “elettrete” ).

 

Risposta in Frequenza

Fig. 17  2017-10-03_16-11-47

Indica il range di frequenze ( misurato in Hz ) trasdotte dal microfono all’uscita del pre-amplificatore entro una tolleranza di +/- 3 dB.

n.b. Più questo parametro è lineare e più trasparente il microfono sarà, più è variabile e tanta più colorazione avrà. Un largo diaframma avrà una migliore risposta in bassa frequenza ma più scadente in alta, mentre un piccolo diaframma avrà una migliore risposta in alta frequenza e più scadente in bassa. Microfoni che sono ottimizzati sia in bassa che alta hanno spesso circuiteria integrata ( attiva o passive ) come filtri ed equalizzatori.

A volte vengono indicati anche valori della risposta in frequenza con differenti tolleranze come per esempio +/- 2 dB in figura 18, ma ad esempio per microfoni molto lineari e di misura anche nell’ordine di < +/- 1 dB. A volte si trova anche la risposta in frequenza definita ad una certa distanza di ripresa come quella sempre in figura 18.

Fig. 18 2017-10-03_16-14-46

Se calcolata con +/- 6 dB va ad indicare la banda passante del microfono.

Alcuni produttori per diagrammi polari direzionali, rappresentano graficamente la risposta in frequenza al variare dell’angolo di incidenza del suono ( sempre con riferimento ad 1 Pa ), come quello in figura 19.

Fig. 19rispost in freq d.jpg

n.b. In un diagramma polare omnidirezionale la risposta in frequenza è più o meno identica in tutte le direzioni in quanto l’efficienza di ripresa è uguale a 360°. In quelli direzionali, mano a mano che ci si sposta dall’asse centrale il suono verrà attenuato secondo le caratteristiche del diagramma polare stesso e secondo la frequenza presa in esame, la quale tende come visto nella spiegazione dei diagrammi polari a definire differenti forme del diagramma stesso.

Alcuni costruttori mettono in evidenza la risposta in frequenza in relazione al diagramma polare definito ( fig. 20 ).

Fig. 20

In caso di presenza di filtri e pad ( che siano selezionabili dall’utente o permanenti ) questi vengono indicati in questa sezione con a volte anche la risposta in frequenza cosi risultante ( fig. 21 ).

Fig. 21  AKG-C-414-XL-II-ST_T2.jpg

In presenza di equalizzatore integrato anche questo può essere identificato nella risposta in frequenza per visualizzare il tipo di attenuazione data ( fig. 22 ).

Fig. 22 2017-10-03_16-53-38.jpg

In alcuni microfoni viene indicata anche la variazione della risposta in base all’effetto prossimità, e quindi a quanto vicino viene posizionato il microfono rispetto alla sorgete ( fig. 23 ).

Fig. 23  frequency_response-beta52

 

Diagramma Polare o Caratteristiche Direzionali

Fig. 24  2017-10-03_15-39-49

Indica la tipologia del diagramma polare del microfono ad 1 Khz, del quale argomento ne abbiamo ampiamente parlato all’inizio di questa serie di articoli.

In caso che il microfono sia a diagramma polare multiplo, verranno indicati anche gli altri diagrammi polari ottenibili.

Viene spesso rappresentato anche graficamente per evidenziare la distribuzione polare anche ad altre frequenze ( fig. 25 ).

Fig. 25  polar.jpg

 

Impedenza di Uscita ( 1 Khz )

Fig. 26 imp

Rappresenta il livello di impedenza ( in Ω ) di uscita del microfono, a volte viene anche indicata la tipologia di trasformatore e/o amplificatore utilizzato o valvola, o semplicemente se il circuito di uscita è attivo o passivo ( fig. 27 ), oltre che un diagramma della circuiteria del microfono ( fig. 28 ).

Fig. 27 2017-10-03_15-47-54

Fig. 28  2017-10-03_15-34-33.jpg

Alcuni costruttori indicano anche l’impedenza di carico minima ( impedenza di ingresso del pre-amplificatore microfonico ), necessaria per un corretto funzionamento del microfono ( fig. 29 ).

Fig. 29  2017-10-03_14-45-14

Per microfoni digitali, l’impedenza di uscita è standard in riferimento al protocollo utilizzato e definito nelle specifiche ( analizzeremo meglio le specifiche digitali quando parleremo di audio digitale ).

n.b. L’informativa del valore di impedenza è fondamentale per poter scegliere ed interfacciare il giusto pre-amplificatore microfonico.

 

Sensibilità ( Open Circuit ad 1 Khz, ref. 1V/Pa  )

Fig. 30 sens

La sensibilità del microfono è la capacità risolutiva del diaframma microfonico nel riprende e trasdurre un segnale audio, al quale si aggiunge il livello di pre-amplificazione per il bilanciamento del segnale in uscita.

E’ generalmente misurata su circuito aperto, quindi senza nessun carico applicato, misurata alla frequenza di centro banda di 1 Khz ed il valore è espresso in mV/Pa ed a volte anche in dBV/Pa, con riferimento ad 1 Pa di pressione incidente sul microfono pari a 94 dB SPL ( standard ).

Anche questo parametro dipende fortemente dal tipo di diagramma polare preso in considerazione e per i microfoni con diagramma polare multiplo è spesso indicato ( fig. 31 ).

Fig. 31  sensi

n.b. Come si può notare un diagramma polare più omnidirezionale genera un valore di sensibilità maggiore in quanto che il raggio di ripresa è superiore, rispetto ad un diagramma polare più direttivo. Un diagramma polare come quello supercardiode anche se più direttivo è spesso più sensibile di quello cardioide per via della superiore efficienza di energia causale R.E.E e fattore di distanza.

Alcuni produttori indicano anche il livello di mantenimento del valore di sensibilità al variare della pressione sonora incidente.

Fig. 32 2017-10-03_13-44-14

n.b. Generalmente i migliori riescono a mantenere il livello di sensibilità dato ad 1 Pa per oscillazioni di +/- 2 o 3 dB.

In caso che il microfono sia digitale verrà indicato il valore del segnale audio digitale ( in dBFS ) in uscita ( fig. 33 ).

Fig. 33 2017-10-03_15-29-00

Altri produttori possono mostrare anche il livello di sensibilità a diverse frequenze.

 

Max SPL ( 1 Khz a 1% THD, 1 KΩ Load )

Fig. 34 2017-10-03_12-24-48

Indica il livello in dBSPL del livello massimo di pressione sonora sopportabile dal microfono nel suo insieme ( capsulapre-amplificatore ) prima di generare una distorsione THD del’ 1%. E’ un parametro che dipende fortemente dalla frequenza presa in esame e dall’impedenza di carico e per questo sono spesso indicati differenti valori.

E’ anche un parametro che dipende dal tipo di diagramma polare preso in esame, difatti nei microfoni che presentano diagrammi polari variabili, questo valore viene indicato in riferimento al diagramma polare considerato ( fig. 35 ).

Fig. 35 2017-10-03_12-29-01

n.b. Si può notare come un diagramma polare più omnidirezionale supporti un livello di pressione sonora minore rispetto ad uno più direttivo, anche se non è sempre vero come per questo caso in cui il Cardioide supporta una pressione sonora maggiore di quello Supercardiode per via della minore efficienza di energia causale R.E.E e fattore di distanza.

 

Signal to Noise Ratio ( SNR ) ( A-Weighted, 1 Khz a 1 Pa )

Fig. 36 2017-10-03_13-57-43

Indica il rapporto tra segnale e rumore quando al microfono è applicata una pressione di 1 Pa ( 94 dB ). Questo parametro viene spesso indicato seguendo diversi standard, il più presente è quello ( IEC 61672-1 ) pesato A in figura 36 ad indicare la reale percezione di questo rapporto da parte dell’uomo. Misurato ad 1 Khz e come valore RMS.

Se il risultato come quello di figura 36 è 75 dB(A) ( parte di suono “pulito” ), significa che 19 dB SPL sono di rumore, in quanto che il livello della pressione sonora incidente è di 94 dB SPL.

Alcuni produttori identificano questo valore tramite un’altro standard di pesatura del rumore, quello ( CCIR 468-3 ad oggi ITU-R BS.468-4 ), ( fig. 37 ), che identifica il rapporto segnale rumore tramite un quasi-peak meter, ad indicare un valore quasi istantaneo, sempre più basso rispetto a quello pesato A, come alternativa alla reale percezione di questo parametro da parte dell’uomo.

Fig. 37 2017-10-03_14-11-26.jpg

Lo standard CCIR definisce che, mentre lo standard di ponderazione A è più adatto a misurazioni con un segnale audio, quindi variabile in regime sinusoidale nel tempo, la ponderazione CCIR è più adatta ad emulare la percezione dell’uomo in considerazione di un segnale rumore, come appunto il bianco utilizzato per quest’analisi o lo stesso generato dal microfono, essendo il rumore non sinusoidale ma molto alternante in fase percettiva per l’uomo, percepito come scoppiettii e scatti, dando una sensazione appunto differente di questo livello ).

Per microfoni con diagramma polare multiplo, vengono indicati i valori SNR per ogni tipologia di diagramma polare ( fig. 38 ).

Fig. 38  snr

n.b. Come si può notare un diagramma polare più omnidirezionale risulterà con un minor rumore, questo derivato dal tipo di capsula a pressione che elimina la maggior parte delle interferenze passanti invece sui vari fori di apertura presenti per i microfoni a gradiente di pressione, e per via della presenza nei microfoni direzionali dei vari delay network e tecnologie varie per rendere il microfono direzionale, non presenti invece nella capsula omnidirezionale.

Un diagramma polare più direttivo presenterà quindi un maggiore rumore, anche questo parametro dipende dal coefficiente di efficienza di energia casuale R.E.E. del microfono, per cui molto spesso un diagramma polare ad esempio supercardiode risulterà con minor rumore rispetto ad uno cardioide.

Per microfoni digitali è possibile trovare il valore in dBFS ( in riferimento alla scala di decibel in dominio digitale ).

 

Equivalent Noise Level ( ENL ) o Self Noise ( A-Weighted )

Fig. 39 2017-10-03_14-48-16.jpg

Identifica il livello di rumore intrinseco del microfono stesso senza carico applicato e senza una pressione sonora incidente sul diaframma.

Indicato quasi sempre come dB pesato A a cui spesso viene affiancato anche il relativo valore in pressione. Essendo un valore medio, viene a volte indicato anche il livello di rumore massimo raggiunto.

n.b. Il Self noise è un parametro fondamentale da tenere in considerazione quando si necessita di riprendere un suono con bassi livelli di intensità, come rumori ambientali, parti basse di orchestre e musiche da camera, microfonaggio a distanza per cui si riesce a trasdurre solo un piccolo livello di segnale. Risulta invece più trascurabile in riprese di prossimità e per sorgenti con forti livelli SPL in cui ha più valore la capacità dinamica ed il valore SNR del microfono.

Anche in questo caso è possibile trovare valori misurati con standard CCIR ( fig. 40 ).

Fig. 40  nn

Per microfoni con diagramma polare multiplo vengono indicati i valori del Self Noise per ogni diagramma polare considerato ( fig. 41 ).

Fig. 41 2017-10-03_15-24-26

Come si può notare un diagramma polare più omnidirezionale presenta anche un rumore intrinseco più attenuato rispetto ad uno più direzionale, sempre per gli stessi motivi visti per il rilievo e calcolo del SNR.

Per microfoni digitali è possibile trovare il valore in dBFS ( in riferimento alla scala di decibel in dominio digitale ).

 

Total Harmonic Distortion ( THD % )

Fig. 42  thd

Indica il livello massimo di pressione sonora prima che il microfono generi all’uscita un valore di distorsione THD ( complessivo di tutti i valori di distorsione armonica ed intermodulazione ) del 1 %. Alcuni mostrano anche valori con differenti valori percentuali.

Alcuni produttori separano il livello THD % in valore di picco e valore RMS, cosi da definire tramite RMS il valore di distorsione percentuale percepita dell’uomo ( fig. 43 ).

Fig. 43  2017-10-03_13-53-40

 

Dynamic Range ( a 1 KΩ )

Fig. 44 2017-10-03_12-08-29

Indica il livello dinamico del microfono, quindi il range che va dal livello di rumore di fondo fino al massimo livello prima della distorsione.

E’ un parametro molto variabile, come anticipato dipende fortemente dall’impedenza di carico, dalla frequenza analizzata e dal livello di pressione sonora incidente.

Generalmente è calcolato con il massimo livello di pressione sonora entro una distorsione THD del 3%, ad una frequenza di 1 Khz e con differenti valori di carico applicato. Più il carico è basso e più la dinamica tenderà ad abbassarsi, al contrario più il carico è alto e più la dinamica si alzerà fino ad un valore massimo per cui alzando ulteriormente l’impedenza vi sarà un nuovo calo.

Alcuni produttori indicano il Range Dinamico pesato A ( fig. 45 ), e cio’è come vedremo meglio quando parleremo di acustica e psicoacustica, il range dinamico considerando tutte le frequenze in cui lavora il microfono con ponderazione A ( a simulare la percezione dell’orecchio umano, e quindi un più reale parametro indicato per la dinamica del microfono percepita dall’uomo ), definito dallo standard IEC 60268-1.

Fig. 45 2017-10-03_12-17-07

n.b. Quando si analizza un range di frequenze rispetto ad una singola frequenza, i valori ottenuti sono sempre più bassi anche > 5 dB, in quanto più parametri vengono convogliati insieme nella misura media e per cui il diaframma microfonico è più soggetto a sollecitazioni e deformazioni. Ancor più basso se si da a questa analisi un grado di pesatura come quello A ( a simulare la reale percezione dinamica dell’uomo ).

n.b. La dinamica di un microfono è fondamentale per poter riprendere in modo più trasparente possibile il suono di una sorgente, ancor più se molto dinamica come quella degli strumenti acustici. E’ un valore che si isola dall’ SNR in quanto viene considerato applicando un segnale fino al livello di Max SPL prima della distorsione e da cui poi si ricavano i dati di rumore, picco ed rms e thd%, e confrontandoli si trova il suo valore dinamico.

 

Common Mode Rejection ( CMR )

Fig. 46 2017-10-03_12-02-45

Indica ( in dB e su di un ampio range di frequenze anche oltre la banda udibile ) la capacità di eliminare correnti di ritorno ( spurie ) che alterano la risposta del segnale e creano distorsione. Un ottimo rapporto di impedenza tra microfono e pre-amplificatore microfonico mantiene basso questo livello.

A volte è indicativo della sola sinusoide ad 1 Khz ( fig. 47 ).

Fig. 47 2017-10-03_15-44-08

 

Preamplifier Clipping Level ( 1% THD )

Fig. 48  2017-10-03_11-58-00

Alcuni produttori indicano anche il massimo livello di tensione sopportabile dal pre-amplificatore prima di generare un determinato livello di distorsione, generalmente 1%.

 

Power Requirements

Fig. 49 power req

Per microfoni attivi e valvolari, ma qualsiasi microfono che necessita di alimentazione esterna ( che siano analogici o digitali ) indica il range del livello di tensione ( V ) e corrente ( mA ) continua che può essere inviata al pre-amplificatore o convertitore, oltre i quali se sotto può non funzionare e se sopra può danneggiare.

Alcuni produttori indicano anche il range di oscillazione massima della phantom di alimentazione per avere un funzionamento del microfono ottimale ( fig. 50 ).

Fig. 50 2017-10-03_15-40-55

 

Latency

Fig. 51  2017-10-03_11-47-09.jpg

Per microfoni digitali, indica il livello di latenza ( sample ) del segnale nel percorso dalla trasduzione fino all’uscita dal convertitore in dominio digitale. Come vedremo più in dettaglio quando parleremo di audio digitale, più il campionamento ( risoluzione ) del microfono è alto ( per ottenere una migliore risoluzione e qualità ) e tanto maggiore sarà il numero di campioni in ritardo ( impoverendo qualità e se troppo alto non utilizzabile in situazioni dal vivo o in tempo reale per via dell’eco che si verrebbe a percepire nel monitoraggio ), in quanto più campioni ( sample ) saranno presenti nello stesso arco di tempo rispetto a campionamenti più bassi. La qualità complessiva del microfono è data quindi dalla sua risoluzione meno il tempo di latenza.

 

Connectors

Fig. 52 conn

Indica la tipologia del segnale di uscita e connettore ( es. bilanciato su XLR maschio ).

 

Polarity

Fig. 53 2017-10-03_11-37-43.jpg

Indica il percorso del segnale sui pin della connessione di uscita ( generalmente è uno standard, come visto per i cavi bilanciati 1 massa, 2 linea in fase, 3 linea in opposizione di fase, ma si possono trovare anche versioni invertite ).

 

Environmental Requirements

Fig. 54  2017-10-03_11-32-06.jpg

Indica il range di temperatura in cui il microfono dovrebbe essere posto sia in condizioni di lavoro che riposo per mantenere un buono stato contro l’usura e danneggiamento dei componenti, ed avere un’ottimo rendimento di ripresa cosi come da specifiche.

Indicato in °C e °F, assieme al valore della temperatura è spesso indicato anche quello dell’umidità relativa ( % ).

 

Dimensioni

Fig. 55 2017-10-03_11-27-35.jpg

Indica le dimensioni massimi del microfono ( mm ), Lunghezza e Larghezza ( alla capsula e all’uscita del pre-amplificatore ), ( a volte anche della scatola in cui è posto per la vendita ), ed il peso in grammi e/o ( oz. ), ( netto ), a volte il peso è su un parametro indicativo a parte ( fig. 56 ).

Fig. 56 peso

 

Altri Parametri

Altri parametri meno menzionati e ritrovabili nelle specifiche tecniche dei microfoni ( più diffusi per i microfoni di misura ) sono:

 

Sensibilità al campo magnetico

Fig. 57  2017-10-03_18-01-43

Considerando la frequenza di 50 hz identifica il valore di interferenze e disturbi derivati dal campo magnetico, più questo valore è basso e di meno interferenze subirà il segnale audio. Parametro presente soprattutto nei microfoni di misura.

 

Power Sensitivity

Fig. 58  c

Non è altro che il valore della sensibilità misurato in potenza secondo differenti standard. Parametro presente soprattutto nei microfoni di misura.

 

Coefficiente di Temperatura

Fig. 59 2017-10-03_17-54-41

Espresso in dB/K, indica il grado di variazione di una determinata frequenza o di un range di frequenze, in base ad un range di variazione della temperatura in cui è posto il microfono. Parametro presente soprattutto nei microfoni di misura.

 

Coefficiente di Pressione

Fig. 60 2017-10-03_18-00-58.jpg

Espresso in dB/kPa, indica il grado di variazione della risposta in frequenza al variare della pressione incidente sul microfono, con riferimento ad 1 bar di pressione incidente. Parametro presente soprattutto nei microfoni di misura.

 

Influenza dell’Umidità

Fig. 61  2017-10-03_18-01-15

Indica il grado di variazione della risposta in frequenza ( in dB ), al variare dell’umidità relativa in cui è posto il microfono, senza considerare eventuali fenomeni di condensazione. Parametro presente soprattutto nei microfoni di misura.

 

Sensibilità di Vibrazione

Fig.62  2017-10-03_18-01-31.jpg

Indica il valore della sensibilità del microfono ( sempre calcolata secondo gli standard precedentemente visti ) ma quando posto in vibrazione ad un valore di riferimento di 1m/s2, in questo caso di figura 62 considerando il solo range di frequenze sotto i 1000 Hz. Parametro presente soprattutto nei microfoni di misura.

 

Capacitanza della Capsula

Fig. 63  2017-10-03_18-02-23.jpg

Indica il livello di capacitanza generato dalla capsula a condensatore a riposo, in questo caso ad una determinata frequenza ( 250 Hz ). Tanto più questo parametro è elevato e tanto più la capsula sarà sensibile, a scapito di un rischio di ottenere maggiori distorsioni con minor pressioni sonore applicate ( dipende dal metodo costruttivo ). Parametro presente soprattutto nei microfoni di misura.

 

Sfiato di equalizzazione della pressione

Fig. 64 2017-10-03_18-02-41.jpg

Come analizzato quando abbiamo parlato dei microfoni a pressione ( omnidirezionali ), abbiamo visto che presentano un foro di sfiato, per minimizzare fenomeni di compressione e distorsione nel movimento del diaframma mobile.

Questo parametro indica la posizione di questo foro, cosi da fare attenzione a non coprirlo. Parametro presente soprattutto nei microfoni di misura.

 

Rumore termico della capsula

Fig. 65  2017-10-04_10-15-14

Parametro che identifica il rumore termico della capsula, non è altro che il valore del Self Noise.

 

Frequenza di Risonanza del Diaframma

Fig. 66  2017-10-03_18-07-09

Parametro che indica la frequenza di risonanza del diaframma, al fine di sapere i limiti di misura per una risposta lineare. Viene spesso indicato anche il grado di sfasamento a quella frequenza. Parametro presente soprattutto nei microfoni di misura.

 

Frequenza di limite inferiore

Fig. 67 2017-10-04_10-21-17

Alcuni produttori, soprattutto per microfoni di misura, identificano su un dato a parte i limiti di frequenza bassa considerando un +/- 3 dB.

 

Volume d’aria equivalente

Fig. 68 2017-10-04_10-24-50

Misurato in mm3, indica il volume d’aria presente tra le armature della capsula a condensatore. Tanto più vicino sarà e tanto più sensibile sarà il microfono a scapito di un minor range dinamico e facile distorsione ( dipende dal metodo costruttivo ). Parametro presente soprattutto nei microfoni di misura.

 

Stabilità a lungo termine

Fig. 69  2017-10-04_10-28-06

Misurato in years/dB con riferimento a 20°C e corrispettivo in °F, è un parametro che indica l’aspettativa di vita del microfono.

 

Phase

La fase è un parametro che nei microfoni non viene menzionato per via della sua complessità di lettura ed analisi ai fini pratici durante il microfonaggio, ma più il microfono è direzionale e più per incidenze fuori asse la fase del segnale audio in trasduzione subisce spostamenti di fase, tanto più il microfono è di qualità e tanto più questi sfasamenti sono contenuti. Fenomeno molto più rilevante nei microfoni dinamici che in quelli a condensatore. Microfoni omnidirezionali non hanno questo problema se non per le altissime frequenze.

 

Conclusioni

Per i microfoni digitali è possibile trovare anche altre informazioni riguardanti le caratteristiche del convertitore utilizzato che vedremo con maggiori dettagli quando parleremo di audio digitale.

La temperatura incide fortemente sulla risposta in frequenza, in quanto nel tempo tende, soprattutto se elevata, sia considerando quella ambientale che quella da riscaldamento per effetto elettrostatico o magnetodinamico, a dilatare i vari componenti, cominciando da quello più debole, il diaframma, queste dilatazioni fanno si che vi siano diversi rapporti tra le varie strutture, differenti da quelli di fabbrica, cosi che i parametri indicati dal costruttore subiscono variazioni nel tempo, il primo fattore che si nota, è lo spostamento della frequenza di risonanza e della sua ampiezza, soprattutto nei microfoni a condensatore, e variazioni di sensibilità in quelli elettrodinamici. Questo oltre che per la temperatura, può essere provocato  anche da urti involontari, veloci picchi di notevole pressione sul diaframma ecc. che ne vanno ad esempio a variare la tensione del diaframma, e la conformità delle sospensioni che lo reggono. Il caso della temperatura, può essere seguito, al fine di ottenere se pur con variazioni un timbro costante, quindi una risposta in frequenza che rimane il più possibile quella da specifica, agendo sul materiale di costruzione, cercando di ottenere una dilatazione termica costante di tutti i componenti ( eseguito in fase costruttiva ). Per quanto riguarda l’operatore ( il tecnico audio ), è bene rispettare i parametri limiti di temperatura ed umidità definiti nelle specifiche tecniche, nell’utilizzo e posizionamento del tale microfono.

In caso di utilizzo del microfono in campo riverberante perfettamente diffuso ( ma presente se pur in misura inferiore anche in un contesto pratico, esempio ripresa di uno strumento in una chiesa – basilica, teatro antico, ambienti riverberanti.. ), il fenomeno delle riflessioni ambientali che ritornano ad incidere sul diaframma più la diffrazione del microfono stesso, portano un attenuazione nelle alte frequenze già a partire da 1 Khz – 2 Khz per piccoli diaframmi e ancora prima nei grandi diaframmi.

Utile quindi in questi contesti l’utilizzo di Wind e/o Pop Filter.

 

Di seguito propongo una tabella riassuntiva per le principali tipologie di microfoni e loro applicazione in ambiente musicale e parlato:

TABELLA RIASSUNTIVA DELLE PRINCIPALI TIPOLOGIE DI MICROFONI

E LORO APPLICAZIONE IN AMBIENTE MUSICALE E PARLATO

Carbone

Suono Vintage, elevato rumore di fondo bassa dinamica, risposta in frequenza non lineare, adatto per ripresa della voce. Fragile alla rottura ed intemperie, adatto quindi ad un’applicazione in studio.

Piezoelettrico/Piezoresistivo

Suono cristallino e concentrato in media e medio-alta frequenza, povero in bassa e alta, risposta in frequenza non lineare e spesso distorta, bassa dinamica e supporta un basso valore di SPL, adatto in applicazioni consumer ( microfono per smartphone e tablet, cuffie con microfono, microfono per pc ), adatto anche per riprese a contatto esempio su pelli da batteria per batterie acustiche ed elettroniche o ancora a contatto sul legno della cassa armonica di una chitarra classica o acustica, con il fine di prelevare il suono e il più delle volte campionarlo cosi da limitare le distorsioni introdotte da questo tipo di trasduttore, non amplificandolo direttamente. Il piezoelettrico preferito al piezoresistivo.

Nastro

Suono Vintage, ad oggi con ottimi risultati anche in termini di SPL supportato, rumore di fondo accettabile per riprese strumentali ( quindi non ambientali in cui si necessita di una dinamica superiore ), fragile alla rottura ed intemperie, adatto quindi ad un’applicazione in studio.

Miglior microfono per la ripresa della dinamica di strumenti percussivi.

Necessità di essere correttamente posizionato per un ripresa in asse al diaframma.

Bobina Mobile

Microfono dinamico con più variabili di timbro, adatto ad ogni applicazione, soprattutto per la ripresa di strumenti percussivi e con veloce attacco, adatto anche ad applicazione in ambiente live. Supporta un elevato SPL ( il più elevato di tutti ) mantenendo un basso rumore di fondo ( inferiore a quello a nastro ), risposta in frequenza non lineare ma spesso adattata dal costruttore per renderlo ottimizzato a riprese di determinati strumenti musicali. Livello di distorsione armonica molto basso. Per il suo timbro caratteristico è il microfono più utilizzato per la ripresa della voce in ambiente live.

Condensatore

Microfono con più variabili di diagramma polare, la sua principale caratteristica è la sensibilità di uscita e la lineare risposta in frequenza, quelli con alimentazione phantom a + 48 V a polarizzazione esterna sono più adatti per applicazioni musicali, anche se di recente alcuni modelli pre-polarizzati riescono ad offrire spesso prestazioni superiori ( soprattutto quelli polarizzati ( > 100 V ). E’ l’unico microfono in grado di realizzare una risposta in frequenza quasi lineare a tutte le frequenze della banda audio ed oltre. E’ un microfono molto leggero e con un bassissimo rumore di fondo ( il più basso tra tutti ) e per questo è adatto per la ripresa di strumenti che hanno un forte contributo armonico, per la corretta ripresa delle alte frequenze, la ripresa ambientale e voce ( grazie anche alla più alta sensibilità di uscita ). Non è adatto invece per la sua lentezza di trasduzione rispetto a quello dinamico, alla ripresa di strumenti percussivi con attacchi veloci.

Valvolare

Microfono con capsula a condensatore, utile ed impiegato in ambiente studio per via della sua fragilità che non lo rende un microfono adatta ad ambiente live, attendere almeno 15 – 20 minuti prima del suo utilizzo e prima del suo movimento dopo lo spegnimento. Suono caratteristico, caldo ed armonico, ideale per voci e strumenti come legni.

Parabola

Microfono con il più elevato indice di direzionalità, presenta una capsula a condensatore pre-polarizzata o ad alimentazione esterna, scarsa risposta in frequenza ma utile per il suo scopo ( montagna, il mare e in tutti i posti in cui si voglia ascoltare anche il minimo rumore, birdwatching, studio della natura, catturare audio per riprese video e documentari, caccia, soft-air, operazioni di ricerche e salvataggio ). I migliori hanno una parabola da 50 cm in su per la corretta ripresa anche delle basse frequenze fino a circa 50 hz. E’ in grado di riprendere ed isolare suoni fino a 100 metri ed oltre.

Shotgun

Lo shotgun è un microfono ultradirettivo con capsula a condensatore a polarizzazione esterna o pre-polarizzata, spesso realizzato in configurazioni polari standard per agevolarne l’utilizzo anche in applicazioni musicali, garantisce comunque un’elevata direttività in medio-alta ed alta frequenza. Ideale per riprese audio per il video e riprese a distanza. Specifiche tecniche molto simili a quelle dei microfoni a condensatore.

PZM

Microfono a zona di pressione, adatto per riprese ambientali e a distanza, per effetti ed audio nel cinema ( non parlato ), per la ripresa di rumori sempre nel cinema ma anche calpestio esempio in un ballo. Preleva il solo suono riflesso escludendo quello diretto. Una più grande piastra di riflessione comporterà anche una migliore risposta in bassa frequenza. Il suo diagramma polare è generalmente emisferico ma dipende fortemente dal suo posizionamento, lo stesso vale per la sua sensibilità che aumenta all’aumentare delle pareti riflettenti su cui è poggiato.

Boundary Layer

Microfono a zona di pressione con capsula a condensatore ( pre-polarizzata i più diffusi ), adatto per riprese vocali e d’accento non superiore ad 1 metro. Utile nella ripresa microfonica d’accento del pianoforte, della punta della grancassa in una batteria acustica, a centro tavolo per la ripresa del parlato in una conferenza, su di un leggio o podio da conferenza sempre per la ripresa del parlato. Preleva il solo suono diretto escludendo quello riflesso. Microfono predisposto per diagrammi polari multipli tra cui quelli direttivi i più usati ( cardioide e supercardioide ), da fare attenzione al suo posizionamento in base al diagramma polare, valgono gli stessi principi del PZM per la variazioni di sensibilità e diagramma polare visti nei PZM.

Gooseneck

Il Gooseneck detto microfono a collo d’oca è un tipo di microfono con capsula a condensatore ( pre-polarizzata i più diffusi ), ed un collo elastico movibile tale da poter indirizzare la capsula microfonica in qualsiasi punto si voglia a partire da una base fissa e definita su cui è inserito il microfono. Sono microfoni adatti e sviluppati soprattutto per applicazioni commerciali ( negozi, aule per assemblee e sala conferenze ), spesso equipaggiati da una base alimentata per poter gestire diverse funzionalità tra cui l’abilitazione del microfono al parlato o muto. Sviluppato anche per l’audio musicale sotto forma di mini-Gooseneck per le applicazioni di microfonaggio in miniatura, nascosto, e verso punti di ripresa difficilmente raggiungibili con comuni aste e microfoni.

Lavalier

Esistono 3 tipologie fondamentali di microfoni con capsula Lavalier:

  • Gooseneck, per la ripresa di parlato in conferenze e convegni ( in cui la distanza microfono – oratore non è ben definita ), ma anche per ripresa di strumenti musicali.
  • Clip, per posizionamento su giacche e vestiti, adatto per una ripresa nascosta che non disturba la visibilità ( utile soprattutto nella ripresa audio di prossimità in un video e nella ripresa della voce di un presentatore, concorrenti ed opinionisti in una trasmissione televisiva ).
  • Headset, per il posizionamento sulla testa ( utile quando si necessita di avere mani e corpo libero per potersi muovere come ad esempio un musical, se si usasse la clip rientrerebbero sulla capsula microfonica tutti i rumori da movimento del corpo, mentre tramite Headset questi sono tenuti molto più attenuati, oltre al fatto che ad esempio in un musical l’attore potrebbe anche essere a torso nudo e quindi rendere impossibile l’utilizzo di una clip ).

Digitali

Il microfono digitale offre qualità audio superiore a quello analogico, anche se i modelli di qualità disponibili sul mercato sono ancora moto pochi. La capsula è sempre quella analogica, condensatore la più utilizzata. Nel corpo pre-amplificatore c’è oltre al possibile amplificatore, anche il circuito di conversione A/D e DSP per il controllo remoto.

Esistono 3 tipologie fondamentali di microfoni digitali via cavo:

AES42 ( i migliori con più bassa latenza e qualità, il segnale viaggia su connessione XLR ).

DANTE ( latenza superiore a quelle AES42 ma con maggiore versatilità di routing potendoli inserire in un network di rete ).

USB/Lighting ( microfoni per interfacciamento diretto con PC, MAC, iOS, Android, soprattutto per uso consumer )

SubKick

Microfono che sfrutta un altoparlante dinamico per la ripresa microfonica, risposta in frequenza poco lineare e scarse caratteristiche timbriche, unico microfono in grado di riprendere in modo definito e preciso sub frequenze ( 50 – 60 hz ), per questo utilizzato per lo più nella ripresa della Grancassa della Batteria acustica per definire il Punch, insieme ad un microfono principale per il resto della banda in frequenza.


Microfoni a Doppio Elemento

Microfoni che presentano una doppia capsula ( una dinamica ed una a condensatore ), adatti per riprendere strumento in cui è necessario trasparenza o risalto sulla dinamica, attacco, aria ed armoniche ), come ad esempio la Grancassa di una Batteria acustica.

Array di diaframmi microfonici

Microfono multi diaframma in grado di direzionare l’area di ripresa e creare un diagramma polare secondo le necessità e personalizzato tramite controllo della fase e delay di ogni singolo diaframma. Molto utile in applicazioni commerciali, conferenze e convegni, in installazione fissa, per installare ed utilizzare un solo componente ( microfono ), potendo garantire una ripresa ottimale e personalizzata per ogni tipo di applicazione senza dover manualmente posizionare il microfono in base alla posizione e numero di oratori.

di Misura

Il microfono più lineare che esiste, per rilievi e misure dei dati acustici di un ambiente ( spesso impiegato in strumentazione fonometrica ), molto diffuso anche in ambiente audio musicale per l’analisi e taratura di impianti audio, caratteristiche tecniche di strumentazione come altoparlanti e diffusori audio. Sono ad oggi quasi tutti costruiti con capsule pre-polarizzate, potendo garantire un voltaggio superiore ( anche 200 V ) con conseguenti migliori prestazioni.

 

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 – 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 a Nastro, Microfoni Dinamici )

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, Idrofono, Microfono Laser, Caratteristiche Tecniche Microfoni da Ripresa e Misura )

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

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