Microfono

Apparecchio usato per trasformare suoni in tensioni o correnti elettriche variabili (correnti foniche, o anche microfoniche); è di uso corrente nella telefonia, nella tecnica della registrazione dei suoni e, in generale, in tutte le applicazioni dell’elettroacustica; è inoltre usato ogni volta che sia necessario o conveniente ricondurre la misurazione di una grandezza acustica (per es., la pressione sonora) a quella di una grandezza elettrica.

Un m. è schematicamente costituito da un sistema meccanico mobile esposto all’onda sonora e destinato a operare la trasduzione di una grandezza acustica (per es., il gradiente di pressione sonora) in una grandezza meccanica (per es., uno spostamento), e da un sistema elettrico a esso collegato destinato a operare la trasduzione della grandezza meccanica in una grandezza elettrica (per es., una variazione di corrente).

Classificazione

È possibile classificare i numerosi tipi di m. seguendo diversi criteri. In primo luogo, si possono dividere i m., in base alla natura del sistema meccanico, in m. a membrana, . a nastro e m. a cellula; le prime due dizioni si riferiscono alla forma dell’organo mobile, la terza comprende alcuni tipi di m. (per es., a filo caldo) nei quali il sistema meccanico forma un’unità indivisibile con quello elettrico. In base poi alla trasduzione acustico-meccanica utilizzata, si hanno: m. a pressione, nei quali una sola faccia dell’organo mobile (membrana o nastro) è esposta all’onda sonora e su di essa viene ad agire una forza proporzionale alla pressione sonora; m. a gradiente di pressione, nei quali entrambe le facce dell’organo mobile sono esposte all’onda sonora e sull’organo stesso viene ad agire una forza proporzionale al gradiente della pressione sonora tra le due facce; m. a spostamento, nei quali la grandezza meccanica utile ai fini della successiva trasduzione in grandezza elettrica è lo spostamento dell’organo mobile; m. a velocità, nei quali la grandezza meccanica che interviene nel loro funzionamento è la velocità di spostamento dell’organo mobile. Infine, in base al principio fisico sfruttato per ottenere la trasduzione della grandezza meccanica in grandezza elettrica, si hanno m. a variazione di resistenza, m. elettromagnetici, m. elettrostatici, m. piezoelettrici. In base alla possibilità di consentire sia la trasduzione di una grandezza acustica in una grandezza elettrica sia quella inversa, si possono avere in via di principio m. reversibili, che possono quindi funzionare sia da m., sia da ricevitori (per esempio, i m. piezoelettrici) e m. irreversibili, nei quali la trasduzione inversa della grandezza, da elettrica in acustica, non può avvenire.

Per la valutazione delle caratteristiche tecniche dei m. hanno rilevanza alcuni parametri, i più importanti dei quali sono: a) la sensibilità, rapporto fra la tensione d’uscita e la pressione acustica del campo sonoro libero (supposto cioè non perturbato dalla presenza del m. stesso), correntemente espressa in mV/bar; b) la curva caratteristica di frequenza o curva di fedeltà o curva di risposta, cioè il diagramma che descrive la variazione della sensibilità in funzione della frequenza dell’onda sonora; c) la curva caratteristica di direzionalità, che è il diagramma che descrive, per una certa frequenza, l’andamento della sensibilità in funzione della direzione d’arrivo dell’onda sonora in un piano, generalmente orizzontale, contenente il microfono; d) l’impedenza d’uscita, che è l’impedenza misurata ai morsetti d’uscita del m.; il suo valore viene adattato mediante trasformatori al valore richiesto dalla linea o dall’amplificatore a cui il m. è connesso; e) il rumore di fondo, che è il segnale elettrico generato in assenza di segnale sonoro, dovuto a varie cause; esso determina il limite inferiore dei segnali sonori utilizzabili.

M. a variazione di resistenza

fig. A

Il tipo di m. più utilizzato fino agli anni 1980, principalmente negli apparecchi telefonici, è stato il m. a carbone (fig. A). È un m. a membrana, a pressione e irreversibile, che sfrutta la variazione di resistività della polvere di carbone sottoposta alle pressioni meccaniche della membrana. Un altro tipo di m. a variazione di resistenza è il m. a filo caldo, in cui si sfruttano le variazioni della resistenza elettrica che si hanno in un sottilissimo filo percorso da una corrente e da essa riscaldato allorché, esposto all’onda sonora, subisce da parte di questa un’azione di raffreddamento.

M. elettromagnetici

Fanno parte di questa categoria i m. elettromagnetici veri e propri e i m. elettrodinamici a bobina mobile e a nastro (fig. B); sono m. reversibili, basati sul fenomeno dell’induzione elettromagnetica.

M. elettromagnetici (o a ferro mobile). - Sono m. a pressione, di media sensibilità, di media fedeltà, omnidirezionali e a bassa impedenza d’uscita. Sono costituiti da una sottile membrana di ferro affacciata a un magnete permanente, sul quale sono avvolte una o due piccole bobine; la membrana, vibrando, fa variare la riluttanza del circuito magnetico e quindi il flusso concatenato con le bobine, nelle quali pertanto si genera una tensione indotta.

M. elettrodinamici (o magnetodinamici o a bobina mobile). - Un tipo di m. magnetodinamico ad alta fedeltà è il m. a nastro, nel quale un sottile nastro ondulato di alluminio (largo 2-5 mm, lungo pochi centimetri) funge contemporaneamente da membrana e da bobina mobile. I m. a bobina mobile sono in genere a pressione e quindi quasi omnidirezionali; quelli a nastro possono essere a pressione o, più comunemente, a gradiente di pressione; esistono poi m. a nastro dotati di labirinti acustici con cui si ottiene qualunque caratteristica di direzionalità.

M. elettrostatici (o a condensatore)

Sono m. a pressione, a gradiente di pressione o a spostamento, basati sulla variazione della capacità elettrica di un condensatore costituito da una membrana metallica esposta all’onda sonora, affacciata a un supporto metallico; stabilendo una differenza di potenziale fra la membrana e il supporto, le variazioni di capacità si traducono in variazioni di tensione ai capi di un resistore inserito nel circuito. Sono m. di sensibilità piuttosto bassa, di buona fedeltà e impedenza d’uscita molto elevata (fig. C).

M. piezoelettrici (o a cristallo)

Sono m. reversibili, a pressione, basati sul fenomeno della piezoelettricità. Hanno il pregio di una grande semplicità costruttiva e quindi di un basso costo; a causa dell’impedenza d’uscita molto alta non richiedono l’uso di trasformatori d’adattamento all’amplificatore; hanno grande sensibilità e buona fedeltà; per le loro ottime doti sono pertanto molto diffusi.

Effetto microfonico Fenomeno per cui un organo facente parte di un circuito elettrico, sotto l’azione di vibrazioni meccaniche, si comporta come un microfono. Un caso notevole è quello in cui tale effetto è suscitato in un sistema elettroacustico proprio dall’onda sonora emessa dall’altoparlante del sistema: si ha allora una distorsione notevolissima e, se l’effetto è molto pronunciato, l’insorgenza di fastidiose oscillazioni a frequenza acustica (➔ Larsen, Absalon).