micròfono
Indice
Descrizione generale
sm. [sec. XIX; micro-+-fono]. Apparecchio elettroacustico impiegato per convertire le variazioni di pressione sonora incidenti su di un organo a essa sensibile, detto membrana, in un segnale elettrico di andamento corrispondente alle caratteristiche del suono da riprodurre. Il microfono di tipo tradizionale è composto essenzialmente da una struttura fissa cui sono ancorati gli elettrodi dai quali viene ricavato il segnale elettrico, da un “equipaggio mobile” composto da una membrana sulla quale agisce la pressione sonora e da altri organi a questa connessi che effettuano la conversione dell'energia sonora in segnale elettrico. Caratteristiche fondamentali di un microfono sono: la sensibilità, in funzione sia dello spettro di frequenze da riprodurre (curva di risposta) sia della direzione da cui proviene il suono (direzionalità); la distorsione introdotta dal microfono nel segnale elettrico corrispondente alla pressione sonora; il livello del rumore di fondo (rumorosità); l'impedenza di uscita del microfono che può venire appunto considerato come un generatore di segnali elettrici.
Classificazione
In elettroacustica e nelle telecomunicazioni viene impiegata una notevole varietà di microfoni, a ciascuno dei quali corrisponde, in base alle caratteristiche, un campo di applicazioni ben definito. Tali microfoni possono essere classificati secondo vari criteri. Secondo la grandezza fisica che agisce sull'organo mobile si hanno i microfoni a pressione e a gradiente di pressione, nei casi in cui la grandezza agente è rispettivamente la pressione sonora o la differenza fra le due pressioni sonore sulle due facce dell'organo mobile. Secondo il tipo di equipaggio mobile, si hanno i microfoni a membrana e i microfoni a nastro. Se il microfono può anche funzionare da generatore di suono si parla di microfoni reversibili; si parla di microfoni irreversibili nel caso contrario. La classificazione più importante riguarda il principio fisico su cui si basa la trasduzione. Secondo tale criterio si hanno microfoni resistivi, che utilizzano la variazione di resistenza elettrica di un componente di un circuito percorso da corrente generata indipendentemente; microfoni elettrodinamici, che sfruttano la forza elettromotrice che si origina in un conduttore che si muove in un campo magnetico; microfoni elettromagnetici, che sfruttano la forza elettromotrice che si origina in un avvolgimento fisso che crea un campo magnetico, quando la riluttanza del corrispondente circuito è modificata dal moto di un organo mobile; microfoni elettrostatici, che sfruttano la variazione della capacità elettrica di un condensatore per effetto del moto di un'armatura; microfoni piezoelettrici, elettrostrittivi, magnetostrittivi, che sfruttano rispettivamente la piezoelettricità, l'elettrostrizione, la magnetostrizione. § I microfoni a condensatore e a bobina mobile rientrano nella categoria dei microfoni panoramici, così detti perché la loro sensibilità è in pratica indipendente dalla direzione di provenienza del suono, quando la pressione sonora agisce su un'unica faccia della membrana vibrante. I microfoni a gradiente di pressione (chiamati anche a velocità, perché la velocità di spostamento è proporzionale al gradiente), come i microfoni a nastro, sono invece chiamati anche microfoni bidirezionali, avendo una caratteristica direzionale a forma di 8. Gli stessi microfoni a gradiente di pressione vengono sfruttati, proprio per tale loro caratteristica, come microfoni di prossimità, ossia atti a essere utilizzati nelle immediate vicinanze della bocca di un cantante o di un oratore in ambiente rumoroso. Sono assai sensibili alla sorgente vicina e poco sensibili alle sorgenti lontane. Sono invece chiamati unidirezionali i microfoni la cui sensibilità è limitata a un semispazio, essendo massima in una data direzione e praticamente nulla nelle due direzioni normali. Tale scopo è ottenuto mediante l'insieme di due microfoni, uno a gradiente di pressione, l'altro panoramico, ponendo le uscite elettriche in serie. Sono detti ultradirezionali i microfoni aventi una sensibilità molto alta entro un angolo molto piccolo, indi rapidamente decrescente: il tipo più semplice è il microfono a riflettore , costituito da un comune microfono posto nel fuoco di un riflettore parabolico, di grandi dimensioni; la direzione di massima risposta è parallela al piano di simmetria del riflettore. Un tipo più perfezionato è il microfono a linea acustica , costituito da una serie di tubi paralleli di lunghezze diverse, da una parte aperti verso l'ambiente di rilievo, dall'altra verso una cameretta dove si trova, o in cui si affaccia, il trasduttore. La forte direzionalità è dovuta a fenomeni di interferenza fra le onde sonore che hanno percorso i tubi di diversa lunghezza. Una soluzione alternativa del problema è costituita da un unico grosso tubo avente una fenditura lungo tutta la sua lunghezza per l'ingresso delle onde sonore.
Microfono a carbone
È un microfono resistivo a pressione, irreversibile, in cui una membrana M posta in vibrazione dalle onde sonore, determina una variazione di resistenza elettrica in granuli G di carbone, posti in una capsula retrostante e inseriti in un circuito alimentato da tensione continua. La variazione di resistenza crea una variazione di corrente che riproduce il segnale con una certa distorsione, soprattutto lineare. Questo tipo di microfono ha elevata sensibilità e ciò, insieme alla semplicità e alla robustezza, ne ha giustificato l'impiego in telefonia per un periodo di tempo di più di un secolo, dai primordi fino agli anni Sessanta del XX secolo, per essere poi sostituito da differenti tipi di microfoni, più piccoli e più sensibili.
Microfono a condensatore
È costituito da una sottile lamina L di duralluminio, fortemente tesa, su cui agisce la pressione sonora; la lamina è posta a minima distanza da una piastra metallica P; le variazioni di capacità del condensatore costituito da lamina e piastra sono trasformate in deboli variazioni di tensione, che riproducono il segnale acustico. Il condensatore è inserito in un circuito elettrico alimentato da una tensione ausiliaria continua di 150-250 V; il segnale elettrico viene convenientemente amplificato mediante un amplificatore. È un microfono di bassa sensibilità, ma di risposta in frequenza pressoché orizzontale nel campo acustico (e anche oltre, con opportuna costruzione). Ha largo uso nel campo delle misurazioni per la facilità con cui può essere tarato.
Microfono a bobina mobile e a nastro
Il primo è un microfono elettrodinamico, a pressione, reversibile. La membrana M , a forma di calotta sferica, è solidale con una bobina B; il tutto è mobile in un campo magnetico creato da un magnete G; nella bobina si ha così una forza elettromotrice proporzionale alla velocità di spostamento della membrana, la quale quindi riproduce il segnale acustico. È piuttosto costoso, ma ha risposta piatta in tutto il campo acustico, con rumore di fondo assai basso e impedenza d'uscita pure assai bassa; è impiegato nel campo musicale e talvolta telefonico. § Il microfono a nastro è un microfono elettrodinamico, reversibile, costituito da un nastro sottile N di duralluminio posto fra le espansioni polari E di un magnete permanente M. Secondo che sia esposto al campo sonoro da una sola faccia o da entrambe, il microfono è a pressione o a gradiente di pressione. Ha caratteristiche e impieghi analoghi al microfono a bobina mobile.
Microfono piezoelettrico e ceramico
Il microfono piezoelettrico è un microfono a pressione, reversibile, costituito da una lastrina di cristallo piezoelettrico (sale di Rochelle o di Seignette, ceramiche policristalline e polimeri piezoelettrici) su cui agisce la pressione sonora; in altri tipi la pressione sonora agisce invece su una membrana M solidale al cristallo C . Il segnale elettrico che riproduce il segnale sonoro si raccoglie tra il cristallo e un altro elettrodo. Ha elevata sensibilità e impedenza di uscita minore di quella dei microfoni a condensatore, rispetto ai quali ha gli ulteriori vantaggi di non richiedere tensione ausiliaria di alimentazione e di avere una curva di risposta abbastanza piatta, anche a frequenze un po' superiori al campo di udibilità. È largamente usato nelle trasmissioni musicali, negli impianti di diffusione sonora, nei misuratori di livello sonoro, nelle protesi uditive. § Il microfono ceramico è analogo al microfono piezoelettrico, anche per le proprietà e le applicazioni, ma sfrutta l'elettrostrizione, fenomeno non legato alla struttura cristallina e che consente quindi maggior varietà di forme del cristallo.
Microfono a elettrete
Sfrutta la proprietà di alcune materie plastiche a base di fluoroderivati del carbonio di polarizzarsi elettricamente per riscaldamento a 100-300 ºC, fino al punto di rammollimento e di raffreddarsi all'interno di un elevato campo elettrico. Tale materiale funziona da strato di dielettrico M di un condensatore (con un'intercapedine I di aria). Funziona quindi come un microfono a condensatore, con il vantaggio di non avere bisogno di tensione continua di polarizzazione, essendo il dielettrico già polarizzato; ha però una sensibilità assai bassa, con elevata impedenza di uscita, il che ha posto problemi di amplificazione, poi risolti con amplificatori a transistori.