I microfoni

Ciao benvenuto nel mio blog, oggi voglio parlarti dei microfoni. Questi strumenti sono forse i più affascinanti nella cassetta degli attrezzi del fonico.

Alcuni musicisti e fonici attribuiscono poteri quasi miracolosi ad alcuni modelli, decantandone la perfezione timbrica adatta a quasi tutte le fonti. Altri cercano con una “ricetta alchemica” la giusta combinazione di sorgente, microfono, posizionamento e preamplificazione. In realtà il microfono è uno strumento tecnologico, che va capito e di cui bisogna comprendere il funzionamento della tecnologia costruttiva per sfruttarlo al meglio.

Ma cos’è un microfono e come funziona? In questo articolo cercherò di rispondere a queste domande.

Le origini dei microfoni

In origine l’amplificazione acustica veniva effettuata tramite sistemi meccanici, come la tromba dei giradischi. I sistemi meccanici di amplificazione concentravano l’energia sonora in uno spazio limitato ottenendo così un incremento di volume.

Il microfono nasce per poter distribuire il suono su lunghe distanze e superare i limiti dei sistemi meccanici. La sua origine è dovuta principalmente all’invenzione del telefono. I sistemi precedenti erano completamente inadatti a trasformare l’onda acustica in segnale elettrico così da essere facilmente trasferibile su un cavo.

Il primo modello di microfono fu il microfono a carbone. Grazie alla scoperta del funzionamento dell’elettricità gli ingeneri dell’epoca poterono inventare sistemi di amplificazione del segnale. Amplificare in maniera efficiente il segnale elettrico sdoganò questa tecnologia anche in discorsi politici, eventi musicali ed eventi mondani in genere.

La trasduzione

Il microfono è un trasduttore. Con il termine trasduzione si intende la conversione di un informazione da una forma fisica a un altra. Ogni trasduzione porta come conseguenza una leggera alterazione della rappresentazione di un segnale.

Per essere registrato il suono deve essere convertito in segnale elettrico. Per codificare il suono in formato elettrico l’onda deve infatti essere prima convertita in un movimento meccanico. Con le tecnologie a noi note non è possibile infatti saltare il primo passaggio.

I microfoni, la struttura

I microfoni sostanzialmente sono composti da due apparati principali:

  • La capsula microfonica
  • l’involucro

La capsula microfonica

Capsula di un microfono a condensatore
Immagine capsula di un microfono a condensatore

La capsula microfonica è l’apparato elettromeccanico che svolge il lavoro di trasduzione del segnale. Essa è il fulcro di tutto il microfono. Al suo interno le due trasduzioni sopra citate avvengono i simultaneamente.

Per poter raggiungere l’obbiettivo le capsule microfoniche sono composte di:

  • equipaggiamento mobile
  • sospensione
  • equipaggiamento fisso
  • protezione

Se pur cambia il funzionamento da tipologia di microfono all’altra, queste componenti devono essere sempre presenti all’interno di un microfono. Proviamo a dare una definizione generali di queste componenti.

L’equipaggiamento mobile è quella componente della capsula in grado di vibrare in maniera empatica con l’onda sonora. L’equipaggiamento mobile si occupa di convertire l’energia dell’onda sonora in una vibrazione meccanica. Esso viene anche spesso chiamato membrana.

La sospensione è l’elemento deputato alla sospensione della membrana. Il suo scopo principale è quello di sostenere e centrare l’elemento mobile. La sua struttura e la sua conformazione cambia in base alla tecnologia costruttiva dei microfoni.

L’equipaggiamento fisso invece è la parte che fissa al microfono la capsula. Il suo compito principale è quello di fissare l’intera capsula all’involucro; ma potrebbe svolgere anche altre funzioni, quali la conversione del movimento meccanico in segnale elettrico.

La protezione invece è la griglia posta a protezione della capsula da urti. La griglia è studiata per permettere il passaggio di aria ma non di altri corpi potenzialmente dannosi. Ad esempio la saliva di uno speaker o addirittura il vento

L’involucro

Microfoni di diversa foggia
Esempio di diversi involucri che possono essere usati su dei microfoni

L’involucro è, come dice il nome stesso, il contenitore della componentistica. La sua forma varia in base alla destinazione d’uso. Esistono microfoni che devono essere tenuti in mano e quindi necessitano di ergonomia. Ci sono microfoni che vanno usati su apposite aste, microfoni che vanno appoggiati per terra, appesi hai vestiti e molte altre soluzioni .

I microfoni: le caratteristiche

Qualunque microfono di qualunque categoria può essere valutato su parametri oggettivi. Le caratteristiche tecniche dei microfoni sono misurabili e universali. Essi descrivono particolari comportamenti e caratteristiche del microfono.

In queste categorie unisco tutte quelle caratteristiche descrivono il comportamento di qualsiasi microfono presente sul mercato.

Sulla base di queste categorie è possibile paragonare anche i microfoni di diverse tecnologie. Conoscere queste caratteristiche ci permette di scegliere quale microfono è più adatto a raggiungere i nostri obbiettivi.

La risposta in frequenza

microfoni: grafico di risposta in frequenza di un Neumann U87 e uno Shure SM57
grafico di risposta in frequenza di un Neumann U87 (condensatore) e uno Shure SM57 (dinamico)

La risposta in frequenza è la caratteristica che descrive la capacità di un microfono di convertire in maniera precisa le varie frequenze sull’intero spettro udibile.

Le differenze prodotte dal microfono rispetto al suono originale caratterizzeranno il suono del microfono. In gergo la modifiche timbriche aggiunte dal microfono vengono chiamate “colorazione del segnale”.

La colorazione del segnale è una vera e propria distorsione armonica. Se il suono deve essere ripreso nel modo più fedele possibile la colorazione del segnale è da intendersi come difetto. In realtà sono proprio queste differenze a dare valore artistico ai microfoni che risultano avere una distorsione armonica piacevole.

I produttori mettono a disposizione un grafico che rappresenta il comportamento del microfono. Nel grafico sull’asse orizzontale sono raffigurate le frequenze udibili e sull’asse verticale i dBu. I produttori sottopongono il microfono a sollecitazioni sonore di identico volume ma di diversa frequenza. Registrando il valore di tensione prodotto dal microfono sulla determinata frequenza riescono a stabilire il suo comportamento sullo spettro.

Microfono da misura

Microfono da misura
Microfono da misura

Siamo da anni in gradi di progettare microfoni estremamente lineari, ma il loro utilizzo è limitato a misurazioni scientifiche. Il suono prodotto da questi microfoni “è piatto” e poco interessante a livello musicale.

La sensibilità

La sensibilità è una caratteristica fondamentale dei microfoni. Con questo termine si indica la capacità di un microfono di generare una tensione elettrica in uscita in base alla pressione esercitata sulla capsula. La sensibilità è un valore quantitativo, alcuni microfoni riescono a creare segnali elettrici più forti di altri al parità di dB spl captati dalla capsula.

In microfoni con sensibilità elevata significa che anche i suoni più flebili riescono a generare tensioni accettabili in uscita dal microfono. Al contrario basse sensibilità indicano microfoni che per generare un segnale elettrico apprezzabile necessitano di fonti sonore più elevate.

la sensibilità può essere espressa sia in Millivolt che in dB.

Direzionalità

Figure polari comune tra i microfoni
Figure polari comune tra i microfoni

Questo parametro indica la capacità di un microfono di captare un suono rispetto all’asse centrale della sua capsula. Queste impostazioni vengono anche definite “figure” in gergo.

omnidirezionale: in questa modalità i microfoni captano il suono da ogni direzione esso provenga.

figura otto: la figura 8 prevede che il microfono sia in grado di registrare il suono proveniente sia dalla parte anteriore che quella posteriore in egual misura. In questa configurazione il suono proveniente dai lati non verrà trasdotto.

cardioide: i cardioide sono caratterizzati da una ricezione molto efficace sull’asse anteriore della capsula. La loro efficacia di trasduzione sarà via via meno efficace sui lati per poi essere completamente nulla nella parte posteriore del microfono. Il grafico che ne risulta disegna appunto una forma che ricorda quello di un cuore.

super/iper cardioide: queste due famiglie di microfoni sono una estremizzazione della ripresa sull’asse anteriore della capsula microfonica. Queste configurazione portano una ripresa frontale molto accentuata differendo dal cardioide per una minore ripresa laterale. Viene inoltre accentuato il picco posteriore di ripresa anche se molto ridotto come direzionalità.

Pure per la risposta in frequenza i produttori ci forniscono un grafico. Questo grafico è realizzato misurando la tensione d’uscita del microfono. A differenza del grafico della risposta in frequenza questo viene realizzato facendo girare il microfono sul suo asse mentre capta una frequenza.

Anche se non tutti i produttori rendono noti questi dati la direzionalità cambia in base alla frequenza. Le basse frequenze per loro natura eludono il principio di direzionalità quindi ogni microfono Tenderà leggermente a un comportamento omnidirezionale nelle basse frequenze

Max Spl 

il max Spl è il parametro che ci indica il massimo volume che un microfono può convertire senza andare in distorsione.

Alcuni microfoni devono essere dotati al loro interno di un primo stadio di amplificazione del segnale. Questo parametro è molto importante per decidere che microfono usare per la registrazione di alcune sorgenti sonore. Se dobbiamo registrare, per esempio, un amplificatore da chitarra ad volume alto è bene che il nostro microfono riesca a sopportare le elevate pressioni sonore. L’utilizzo di microfoni non in grado di reggere le pressioni sonore a cui è sottoposto genera distorsioni e rende necessario rifare le registrazioni.

rapporto SNR

La sigla SNR significa Signal to Noise Ratio, in italiano si traduce con il rapporto segnale rumore. Questo parametro ci informa di quanto suono viene emesso rispetto al rumore di fondo del microfoni. Alti valori di SNR significa avere microfoni preformanti, con una percentuale di rumore molto bassa. Il SNR viene espresso in dB.

Tensione d’uscita

Questo paramento indica il livello di tensione elettrica d’uscita dal microfono. Vengono considerati solo livelli di pressione in grado di non generare danni alla capsula e ne distorsioni armoniche. Viene solitamente espressa in millivolt e si fa rifermento anche a una certa impedenza.

Le tipologie di microfoni

Le tipologie di microfono si distinguono per le caratteristiche della capsula.

Comprendere le categorie di capsule e le loro caratteristiche è importante. Ogni tecnologia implicata nella loro realizzazione ne influenzerà il comportamento in maniera radicale.

Microfoni a Bobina mobile

SM 58 Shure, Microfono a bobina mobile

Anche conosciuti come microfoni dinamici. Questi microfoni sono usati sia in studio che dal vivo. I microfoni dinamici sono caratterizzati da una bassa sensibilità e una risposta in frequenza non ampissima. Il loro nome è dovuto alla capsula che consiste in un magnete sospeso in una bobina di rame. Quando l’onda sonora mette in movimento il magnete viene generata una tensione nell’avvolgimento di rame.

Vengono usati molto in contesti di musica dal vivo perché la loro bassa sensibilità li rende più resistenti ai fenomeni di feeback. In oltre la tecnologia costruttiva della capsula è anche molto robusta a livello meccanico. Questa caratteristica li rende idonei a essere trasportati e montati anche con tempi ristretti che caratterizzano la produzione live.

Vengono usati anche in studio di registrazione, soprattutto per la registrazione di percussioni e sorgenti ad altra pressione. In studio li si usa nei casi che si voglia smorzare transienti d’attacco molto rapidi. Un altro utilizzo dei microfoni dinamici è dare meno importanza ad alcune componenti acustiche minori della sorgente. Il loro utilizzo rende solitamente più “secco” il suono.

Microfoni a nastro

Microfono a nastro

Questa categoria di microfoni è una sotto categoria dei microfoni a bobina mobile. Anche questa tecnologia usa l’induzione elettromagnetica per trasdurre il suono. A differenza degli altri microfoni a bobina mobile la membrana che vibra e composta da un sottile nastri metallico che vibra nel capo magnetico. La lastra metallica vibrando nel campo magnetico genera cosi una tensione con andamento analogo alla pressione sonora.

Questo microfono è solitamente poco usato, il suo utilizzo è rilegato agli studi di registrazione. Solitamente l’utilizzo di microfoni a nastro è una scelta artistica più che una necessità funzionale.

I microfoni a nastro sono caratterizzati da un estesa risposta in frequenza e una elevata sensibilità. Caratteristica peculiare dei microfoni a nastro è la figura polare fissa a 8. Il nastro metallico essendo esposto da entrambi i lati alle vibrazioni riesce a trasdurre suoni da entrambi i lati della piastra. Anche se le prestazioni sono abbastanza buone sono state presto superate da altre tecnologie.

Microfoni a condensatore

Microfono a condensatore

Il microfono a condensatore è il microfono che viene solitamente chiamato “microfono da studio”. Questa tecnologia è largamente diffusa in tutti i contesti: musica dal vivo, radiofonia, Broadcast teatro e molte altre.

Questa categoria di microfoni è dotata di alta linearità e di sensibilità elevata. A causa della sensibilità elevata è molto meno probabile trovare questi microfoni su palchi di piccola dimensione. La loro sensibilità li rende propensi al fenomeno del feedback.

Microfoni piezoelettrico

Microfono piezoelettrico
Microfono piezoelettrico

Il microfono piezoelettrico sfrutta il fenomeno della piezoelettricità. Tale fenomeno indica la capacità di alcuni materiali nel produrre elettricità quando messi in vibrazione. In questi materiali durante la sollecitazione meccanica viene generata, sule due facce opposte del materiale stesso, una differenza di tensione ad andamento variabile. Questa variazione è analoga alla vibrazione del materiale, descrivendo così in maniera abbastanza fedele l’onda acustica.

I materiali con tali capacità possono essere di origine naturale, come i quarzi, o sintetica come alcuni materiali ceramici particolari. Mei moderni microfoni si preferisce usare materiali ceramici in quanto più resistenti alle sollecitazioni meccaniche.

I microfoni piezoelettrici non godono solitamente di un ottima risposta in frequenza. La densità del materiale, e la rigidità dello stesso, li rende poco reattivi alle basse frequenze. Solitamente questi microfoni sono caratterizzati da una bassa sensibilità, quindi il loro utilizzo implica metterli a contatto diretto con la superficie vibrante.

Le dimensioni della capsula

Sopratutto su i microfoni a condensatore e diamici un altra distizione che viene fatta riguarda le dimensioni della capsula. Si suddividono in linea di massima in microfoni a diaframma piccolo e Microfoni a diaframma largo. Si in questo caso le dimensioni contano.

Le dimensioni sono proporzionali alla massa della capsula del microfono. La massa maggiore comporta anche una maggiore energia necessaria per innescare il movimento. La maggiore massa di una capsula sarà anche legata a una maggiore inerzia da superare per mettere in movimento la capsula.

I microfoni a diaframma più piccolo, soffrendo meno l’inerzia, quindi saranno più reattivi ai transienti d’attacco del segnale e risponderanno meglio sulle alte frequenze. La maggiore efficienza sulle alte frequenze di solito va a scapito della risposta sulle basse, in cui di solito questi microfoni deficitano un pò.

Al contrario i microfoni a diaframma largo saranno meno reattivi sui transitori d’attacco e ripsodneranno meno efficientemente sulle alte frequenze.

Tenendo conto di queste caratteristiche intrinseche della fisica possiamo decidere se ammorbidire il suono smorzandone i transitori o carpirne la velocità, facendo così una scelta artistica. Bisogna però tenere conto del funzionamento generale della tecnologia di base. La dimensione della capsula sarà solo una variante da tenere in considerazione

i microfoni: i controlli on board

Come già accennato molti microfoni hanno una serie di controlli impostatili direttamente dal microfono. Con questi microfoni è possibile modificare la risposta in frequenza di un microfono per adattarlo meglio alle proprie esigenze. Questi controlli sono principalmente presenti sui microfoni a condensatore

Risposta polare

Alcuni microfoni permettono di modificare la risposta polare della capsula. Questi microfoni sono più flessibili rispetto a un microfono a figura polare fissa.

Essi Possono essere sfruttati per diverse configurazioni stereofoniche in maniera agevole. In oltre modificarne il comportamento permette di risolvere velocemente alcuni problemi di rientri, effetto pop o di modificare il rapporto suono diretto/riverbero della ripresa.

Pad di attenuazione 

il pad di attenuazione è uno specifico circuito attivabile dal fonico che consente di abbassare i dBu in uscita dalla capsula microfonica di X dB, dove X è un numero scelto a priori dal costruttore.

Questo parametro è presente solo su microfoni dotati di amplificatore interno. é solitamente una resistenza elettrica che riduce il segnale prima di essere trasmesso all’amplificatore.

Il pad è utilissimo per registrare sorgenti con elevata pressione sonora.

Il filtro passa alto (Low cut filter)

Molti microfoni sono dotati di un filtro passa alto. Il filtro serve a eliminare le basse frequenze dalla ripresa microfonica. ci sono molti buoni motivi per attivarlo spesso e molto pochi per non farlo. Molte delle maggiori problematiche che possono emergere in fase di registrazione sono solitamente situate nelle frequenze più basse, vediamo alcuni esempi:

Hum elettrico:

Può capitare che un microfono abbia dei problemi sulla connessione di massa o che siano presenti dei problemi nell’impianto di messa a terra. Questa categoria di problemi immette nel segnale un ronzio in bassa frequenza. Questi disturbi hanno una frequenza analoga a  quella della corrente elettrica, 50 Hz in europa e 60 Hz in america.

Rumore di fondo della stanza

Tutti gli ambienti chiusi hanno un rumore di fondo in bassa frequenza. Il rumore di fondo è dovuto alle dimensioni fisiche della stanza, più l’ambiente è grande più la frequenza sarà bassa. Con rumore di fondo della stanza non intendo il riverbero generato da una sorgente sonora. Intendo invece che lo spostamento dell’aria all’interno della stanza genererà dei flebili suoni in bassa frequenza. Se bene poco udibile questo rumore di fondo sarà presente in tutte le registrazioni effettuate nella stanza. Sommando tutte le traccie tra di loro il risultato sarà di avere molto materiale sonoro inutile.

Urti accidentali del  microfono a dell’asta

Il suono è un fenomeno oscillatorio basato sulle vibrazioni. L’urto dell’asta crea una vibrazione nella stessa che verrà trasmessa al microfono e tradotta come un rumore percussivo in bassa frequenza. Se bene i supporti specifici abbiano un’azione efficace contro gli urti minori non sempre è del tutto efficiente, e il filtro diventa un alleato del fonico per limitare ulteriormente il fenomeno. In questa categoria possiamo  aggiungerci anche il rumore dei passi sul pavimento prodotto dal movimento dell’artista.

Come il pad pure il filtro è attivabile dal fonico in caso di necessità.

Conclusioni

Il mondo dei microfoni è complesso e variegato. Le scelte microfoniche possono fare la differenza a livello di sound di un brano. Conoscere i microfoni e le loro caratteristiche è un buon punto di partenza per impostare le sonorità volute sin dalla fase di registrazione.

Anche se non è esaustivo di tutte le tematiche inerenti all’argomento, con questo articolo spero di avere fatto un pò di chiarezza sulle tecnologie alla base dei microfoni e sulle loro caratteristiche.

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Microfoni: Le fonti

I segreti dei microfoni – Davide Scullino

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