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Sound design in pillole "Tecniche di ripresa microfonica" prima parte

Caratteristiche di ripresa in funzione della distanza dalla sorgente

Nell’approccio attuale alla registrazione in studio e dal vivo, quattro tipologie fondamentali di posizionamento microfonico sono legate direttamente alla distanza del microfono dalla sorgente sonora:

microfonaggio distanziato

microfonaggio ravvicinato

microfonaggio d’accento

microfonaggio d’ambiente

 

Microfonaggio Distanziato

In questo caso, come nella figura, uno a più microfoni sono posizionati ad una distanza di 1 metro, o superiore, dalla sorgente. Questa tecnica dà i due risultati seguenti:

 

1. Permette di riprendere una grande parte dello strumento o dell’insieme musicale che sta suonando, e perciò preserva il bilanciamento tonale complessivo dello strumento o dell’insieme.  Spesso si può ottenere un bilanciamento tonale naturale posizionando un microfono ad una distanza quasi uguale alla dimensione dello strumento o della sorgente sonora

2. Permette di includere l’ambiente nella ripresa del microfono e di combinarlo con il segnale del suono diretto.

Il microfonaggio distanziato è spesso usato per la ripresa di grandi gruppi musicali (per esempio un’orchestra o un coro). In tale situazione, la ripresa si basa anche sulle caratteristiche acustiche dell’ambiente; il microfono è posizionato ad una distanza tale da ottenere il giusto bilanciamento fra l’insieme musicale e l’ambiente.

Questo bilanciamento è determinato da un certo numero di fattori, comprese le dimensioni della sorgente sonora e le caratteristiche di riverbero della stanza.

Le tecniche di microfonaggio distanziato tendono ad aggiungere una sensazione di spazialità e di ariosità a una registrazione. Tuttavia esse possono dare alcuni svantaggi se le caratteristiche acustiche della sala, della chiesa o dello studio non sono particolarmente buone: riflessioni inadatte o scarse, spesso creano una registrazione smorta o poco definita.

Per evitare tale problema il tecnico del suono può agire in uno dei seguenti modi:

1. apportare correzioni temporanee alle riflessioni scarse o eccessive della stanza usando pannelli riflettenti o, nel caso contrario, assorbenti;

2. posizionare il microfono più vicino alla sorgente ed aggiungere riverberazione artificiale.

Quando il microfonaggio distanziato di uno strumento è usato per riprendere una parte della sonorità della stanza, il posizionamento del microfono ad una altezza casuale potrà tradursi in un suono cupo, e ciò è dovuto alle cancellazioni di fase che si verificano fra il suono diretto e il suono riflesso dal pavimento:

Il suono riflesso dal pavimento segue un percorso più lungo rispetto a quello del suono che arriva al microfono direttamente. Le frequenze per le quali la lunghezza di questo percorso aggiuntivo è pari alla metà della lunghezza d’onda – oppure a un multiplo intero dispari della metà della lunghezza d’onda – arrivano sfasate di 180° rispetto al suono diretto, provocando della cadute nella risposta in frequenza del segnale in uscita dal microfono.

Dato che il suono riflesso è a un livello inferiore rispetto al suono diretto (e ciò è dovuto alla maggior lunghezza del suo percorso e alla perdita d’energia che si verifica quando colpisce il pavimento), spesso la cancellazione è solamente parziale.

Avvicinando il microfono al pavimento si riduce la distanza percorsa dal suono e si aumenta la frequenza a cui si verificano le cancellazioni. In pratica, una altezza compresa fra 0,3 e 0,15 cm comporta che le cancellazioni a frequenza maggiore siano al di sopra dei 10 KHz.

In un design microfonico di questo tipo, noto come microfono a pannello, un diaframma a condensatore a elettrete (che viene posto accuratamente ad una distanza compresa fra i valori sopra citati) rende un questo tipo di microfono un’ottima scelta per la ripresa distanziata, nel caso lo si posizioni sul pavimento, su una parete o su un grande pannello.

 

Microfonaggio ravvicinato

In questo caso il microfono viene posizionato a una distanza compresa fra i 3 ed i 9’ cm dalla sorgente sonora. Questa tecnica di microfonaggio, di uso molto comune, dà principalmente due risultati:

1. crea una sonorità presente e corretta

2. esclude efficientemente l’ambiente

Dato che l’intensità sonora diminuisce in proporzione al quadrato della distanza dalla sorgente, un suono che si origina a 1,8 m dal microfono ha un livello insignificante se paragonato a quello dello stesso suono ad una distanza di 8 cm dallo stesso microfono.

Ne deriva che soltanto il suono in asse, desiderato, viene registrato; tutti i suoni estranei non vengono ripresi, in pratica.

Quando il suono emesso da uno strumento è ripreso da un microfono vicino che è usato per riprendere un altro strumento, si verifica un rientro.

Dato che i microfoni riprendono sia i suoni diretti sia i rientri, può essere difficile mantenere il controllo sulle singole tracce durante il mixaggio senza influenzare il livello e le caratteristiche sonore delle altre tracce. Bisogna cercare di evitare tali condizioni nello studio, tutte le volte che è possibile.

Per evitare i problemi dati dai rientri si può usare singolarmente o anche combinati fra di loro, i quattro seguenti metodi:

1. Avvicinare i microfoni ai rispettivi strumenti

2. Mettere una barriera acustica (un pannello divisore/fonoassorbente) fra i due strumenti

3. Usare microfoni direzionali

4. allontanare gli strumenti fra di loro

Tutte le volte che si  microfona uno strumento da una distanza ravvicinata (o quasi ravvicinata), è buona pratica seguire la regola 3:1.

Questa regola afferma che per mantenere l’integrità di fase fra i microfoni e la sorgente sonora, la distanza fra i due microfoni dovrà essere almeno tre volte la distanza che c’è tra il microfono più vicino alla sorgente e la sorgente stessa.

Anche se il microfonaggio ravvicinato di una sorgente sonora offre molti vantaggi, un microfono dovrebbe essere posizionato vicino ad una sorgente solo nella misura necessaria, e non il più vicino possibile, perchè un microfonaggio eccessivamente ravvicinato potrebbe dare una colorazione alla qualità timbrica registrata della sorgente.

Dato che queste tecniche di solito si basano su una distanza compresa fra i 2.5 ed i 15 cm, il timbro dell’intera sorgente sonora non può essere ripreso.

Piuttosto, il microfono può essere così vicino alla sorgente che soltanto una piccola porzione di essa viene in effetti sentita, conferendo un timbro relativo ad un’area specifica.

A distanze così ravvicinate, muovere il microfono anche di poco può cambiare il timbro complessivo.

Si può cercare di usare uno dei tre seguenti rimedi:

1. spostare il microfono lungo la superficie della sorgente sonora, fino a che non si ottiene il timbro desiderato

2. posizionare il microfono ad una distanza maggiore dalla sorgente sonora, per avere un angolo di ripresa più grande, migliorando perciò la fusione complessiva

3. equalizzare il segnale fino a che non si ottiene il bilanciamento desiderato

 

Microfoni d’accento

La ripresa complessiva e le qualità timbriche di uno strumenti ripreso con un microfonaggio distanziato e con un microfonaggio ravvicinato differiscono molto fra di loro. In certi casi è difficile registrare un bilanciamento naturale quando si mettono insieme queste due tecniche.

Per esempio, se gli strumenti solisti in un’orchestra necessitano di un microfonaggio aggiuntivo per avere maggior presenza o volume, posizionando il microfono troppo vicino si ha una ripresa con una sonorità troppo pesante, innaturale, e fuori dal contesto rispetto alla ripresa distanziata dell’orchestra.

Per evitare questo problema, ci si può servire di un compromesso per quel che riguarda la distanza (e di conseguenza il bilanciamento tra le due riprese).

Un microfono messo entro questa distanza ci compromesso per riprendere uno strumento o una sezione di un insieme musicale più grande è detto microfono d’accento.

Quando si usa un microfono d’accento bisogna fare attenzione al posizionamento e al tipo di ripresa. Il valore del segnale d’accento introdotto nel mixaggio, non dovrebbe cambiare il bilanciamento tra il solista e gli altri elementi dell’orchestra.

Una buona ripresa d’accento aggiunge solo una certa presenza ad un passaggio del solista e non deve essere percepita come una ripresa separata.

Microfoni d’ambiente

Un microfono d’ambiente  posizionato ad una distanza tale che il suono riverberato, o suono della stanza, è prevalente rispetto al segnale diretto.

La ripresa dell’ambiente è spesso effettuata usando una coppia di cardioidi in tecnica stereofonica, che si solito è mixata con microfoni posizionati più vicini.

Per valorizzare una registrazione, si può usare una ripresa microfonica d’ambiente nei seguenti modi:

1. nella registrazione di un concerto, i microfoni d’ambiente possono essere posizionati nella sala per ristabilire la riverberazione naturale che si perde con l’uso di microfoni ravvicinati

2. nella registrazione di un concerto, i microfoni d’ambiente possono essere puntati verso il pubblico per riprendere la reazione e gli applausi del pubblico stesso

3. nella registrazione in studio, i microfoni d’ambiente possono essere usati per aggiungere le caratteristiche acustiche naturali dello studio ad un suono che viene registrato

 

A cura di Donato Masci

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Sound design in pillole “I Microfoni” terza parte

Caratteristiche Microfoniche

 

La risposta direzionale

La risposta direzionale di un microfono si riferisce alla sua sensibilità (cioè livello di uscita) per diversi angoli di incidenza del suono rispetto all’asse centrale (frontale) del microfono stesso:

Tale grafico, noto come diagramma polare o risposta polare del microfono, è usato per definire graficamente la sensibilità del microfono rispetto alla direzione di provenienza e alla frequenza di un suono, su 360°.

 

La direzionalità di un microfono può essere classificata in due tipi fondamentali:

- risposta polare omnidirezionale

-risposta polare direzionale

 

Il microfono omnidirezionale è un dispositivo sensibile alla pressione; il suo diaframma reagisce in maniera eguale a tutte le variazioni di pressione sulla sua superficie, senza operare discriminazioni basate sulla posizione della sorgente. Il tipo di ripresa che mostra caratteristiche direzionali è detta a gradiente di pressione; ciò significa che il sistema è sensibile alle differenze di pressione fra le due facce del diaframma.

 

Un microfono a gradiente di pressione assoluto ha un diagramma polare bidirezionale detto “a coseno” o a “figura a 8”.

La maggior parte dei microfoni a nastro ha diagramma polare bidirezionale; dato che il diaframma del microfono a nastro è esposto alle onde sonore sia sull’asse anteriore che su quello posteriore, esso è sensibile in maniera eguale ai suoni provenienti da entrambe le direzioni.

I suoni provenienti posteriormente rispetto al diaframma danno una tensione che è di 180° fuori fase rispetto al segnale in asse equivalente. I suoni provenienti da 90° fuori asse producono una pressione eguale in valore ma opposta per entrambe le parti del nastro e quindi si cancellano sul diaframma, dando come risultato un segnale nullo.

Sorgenti sonore in asse e a 90° fuori asse rispetto al diaframma di un microfono a nastro.

a) il nastro è sensibile ai suoni provenienti anteriormente e posteriormente

b) Onde sonore provenienti da 90° fuori asse

 

La figura qui sotto illustra graficamente come l’output di un bidirezionale (a gradiente di pressione) e di un omnidirezionale (a pressione) possano essere combinati per ottenere diversi altri diagrammi direzionali (e, in effetti, se ne possono avere un’infinità).

I diagrammi risultanti più noti sono il cardioide, il supercardioide e l’ipercardioide.

 

Il microfono a bobina mobile può dare una risposta di tipo cardioide se presenta una apertura nella parte posteriore della sua capsula; essa serve da labirinto acustico per creare un ritardo o resistenza acustica. Un feltro leggero o un foglio di nylon sono spesso usati per attenuare la risonanza del diaframma su tutte le frequenze.

Nella figura (a) è raffigurato un microfono dinamico con risposta cardioide che riceve un segnale sonoro in asse (a 0°).

In realtà il diaframma riceve due segnali: quello incidente frontalmente e quello posteriore in ritardo. In questo caso il segnale in asse esercita una pressione positiva sul diaframma e si porta anche a 90° verso l’apertura laterale, dove viene ritardato di altri 90° (trovandosi così sfasato di 180° nella parte posteriore del diaframma).

Durante tale periodo di ritardo, il segnale in asse comincia ad esercitare una pressione negativa sul diaframma, venendosi a trovare ora in fase con il segnale posteriore ritardato.

Dato che le pressioni esistenti sulle due opposte facce del diaframma sono in fase, si ha un ben preciso segnale in uscita.

La figura (b) mostra un suono che si origina a 180° fuori asse rispetto al microfono. Il segnale si porta a 90° lateralmente al microfono ed entra nel labirinto di ritardo, venendo quindi ritardato di altri 90° (in totale 180°). anche il suono che colpisce la parte frontale del diaframma è stato ritardato di 180° (a causa del tempo necessario per girare attorno all’elemento di ripresa) ed è perciò acusticamente fuori fase rispetto alla parte posteriore del diaframma.

Ciò si traduce in una serie di cancellazioni acustiche, e quindi il segnale in uscita sarà nullo o molto basso.

L’attenuazione di tale segnale fuori asse, rispetto a un segnale in asse dello stesso valore, è nota come discriminazione fronte – retro di un microfono ed è espressa in decibel.

In molti microfoni a condensatore, tramite un interruttore, si può passare da un diagramma a un altro; è un’operazione di tipo elettrico che si serve di un sistema di capsula a doppia membrana montata attorno ad una lamina centrale (figura sotto).

Se la configurazione di queste capsule è in fase elettricamente, si ha un diagramma polare omnidirezionale; se sono configurate fuori fase, si ha un diagramma bidirezionale. Le variazioni comprese fra questi due stati (ottenibili in modo continuo o a scatti prefissati) danno altri diagrammi, come il supercardioide e l’ipercardioide.

 

La risposta in frequenza

La curva di risposta in frequenza di un microfono è la misurazione del suo output su tutto lo spettro dell’udibile, dato un segnale in ingresso costante in asse. Tale curva, che è rappresentata graficamente come livello di uscita (in decibel) rispetto alla frequenza, dà informazioni importanti e indica come un microfono reagisce a determinate frequenze.

Un microfono può essere progettato per rispondere in maniera eguale a tutte le frequenze. In questo caso si dice che ha una risposta in frequenza piatta (flat).

Altri microfoni possono essere disegnati per enfatizzare o attenuare la risposta nella parte alta, nella parte media o in quella bassa dello spettro audio.

 

Le curve di risposta in frequenza della figura a pagina precedente, sono basate su misurazioni in asse e mostrano risposte di segnali accettabili.

Alcuni design, comunque, danno risposte più che irregolari se usano misurazioni fuori asse.

 

Questa colorazione del segnale può diventare molto evidente quando il microfono opera in una zona in cui i suoni fuori asse (sotto forma di dispersione) raggiungono l’elemento di ripresa, traducendosi in un cambiamento delle caratteristiche timbriche. La risposta in frequenza fuori asse di un microfono (che indica la fedeltà del microfono nel riprendere suoni fuori asse) può essere rappresentata graficamente assieme alla curva in asse (come si può vedere nelle curve di risposta tratteggiate delle figure a pagina precedente e nella curva di risposta fuori asse della figura a pagina successiva.

 

Caratteristiche di risposta in frequenza alle basse frequenze

Alle basse frequenze, il rimbombo di sottofondo (dato da vibrazioni di alto livello nella regione compresa fra i 3 Hz e i 25 Hz) può essere trasmesso in uno studio o in una sala, oppure attraverso la superficie di un pavimento grande e non opportunamente costruito.

Si può eliminare questo effetto indesiderato in uno qualunque dei tre modi seguenti:

1. usare una gabbia elastica (shock mount) per isolare il microfono dalle vibrazioni provenienti dal pavimento e dall’asta;

2. usare un microfono che abbia una limitata risposta in frequenza alle basse;

3. diminuire l’ampia risposta in frequenza di un microfono mediante l’uso di filtri taglia basso (rolloff).

 

Effetto prossimità

 

Un altro fenomeno che si verifica nella maggior parte dei microfoni direzionali è noto come

l’effetto prossimità.

Esso provoca un incremento nella risposta alle basse frequenze man mano che la sorgente sonora si avvicini al microfono; si nota moltissimo quando la sorgente sia a meno di 30 cm rispetto al microfono stesso. Questo effetto di incremento alle basse aumenta proporzionalmente alla diminuzione della distanza, ed è, in un certo modo, maggiore per microfoni bidirezionali rispetto a microfoni con diaframma cardioide.

Per compensare questo effetto sui microfoni è spesso presente un filtro che tagli le basse frequenze: esso riporta la risposta alle basse frequenze ad una curva di risposta piatta e ad un bilanciamento che suoni più naturale; di solito lo si mette in funzione tramite un interruttore posizionato sul corpo del microfono oppure tramite la sezione di equalizzazione di un mixer.

Un altro modo per eliminare l’effetto prossimità, e l’enfatizzazione delle lettere p e b dette plosive, è quello di sostituire il microfono direzionale con un omnidirezionale (a pressione), se si sta attuando un microfonaggio ravvicinato.

Tuttavia tale incremento nella risposta alle basse frequenze è molto apprezzato dai cantanti, i quali lo sfruttano se hanno una voce piuttosto sottile, per ottenere una sonorità più piena e ingrossata rispetto a quanto non sia nella realtà. In molti casi il microfono direzionale è quindi diventato una parte fondamentale della sonorità voluta da un artista.

 

La risposta ai transienti

La risposta ai transienti costituisce un aspetto molto significativo, pur non rientrando ancora in un sistema di misurazione standard.

La risposta ai transienti è la misura della velocità di reazione del diaframma di un microfono all’onda sonora. Tale valore varia ampiamente a seconda dei microfoni ed è una delle ragioni fondamentali della differenziazione di sonorità fra le tre tipologie più importanti di trasduttori.

Il diaframma di un microfono dinamico, che può essere abbastanza grande (fino a 6.5 cm), unito alla bobina mobile, oppone una notevole massa se paragonata con l’intensità dell’onda sonora incidente. Quindi un microfono dinamico può reagire molto lentamente ad un’onda sonora, dando un suono duro.

 

In confronto, il diaframma di un microfono a nastro è molto più leggero, e quindi ha una risposta ai transienti molto superiore (sempre che il nastro stesso sia in ottime condizioni di lavoro e non sia deformato da un uso errato). Anche il microfono a condensatore ha un diaframma estremamente leggero, il cui diametro varia da 0.6 a 6.5 cm, con uno spessore di circa 0.00375 cm.

Ciò significa che il diaframma stesso offre una resistenza meccanica molto piccola all’onda di pressione sonora, permettendogli quindi di seguire l’onda stessa accuratamente lungo tutto lo spettro delle frequenze.

 

 

Caratteristiche di uscita

Le caratteristiche di uscita di un microfono si riferiscono alla misura della sua sensibilità, del rumore equivalente, delle caratteristiche di distorsione, di impedenza e altri tipi di risposta in uscita.

 

Valutazione della sensibilità:

Può essere definita come il livello in uscita (in volt) che un microfono produce, dato un livello in ingresso specifico e standardizzato (espresso in dB SPL). Tale specifica implica che sia necessario un certo grado di amplificazione per portare il segnale microfonico al livello di linea (-10 dBV o +4 dBm).

Tale valore permette inoltre alla persona che sta registrando di giudicare agevolmente le differenze di livello di uscita fra due microfoni. Un microfono con un valore di sensibilità maggiore produce una tensione in uscita del segnale maggiore rispetto a un microfono con una sensibilità inferiore, supposto che essi siano raggiunti dalla stessa pressione sonora.

 

Valutazione del rumore equivalente:

Il rumore equivalente di un microfono può essere considerato come il rumore di fondo elettrico proprio dell’apparecchio; esprime il valore in dB SPL che dovrebbe avere un’onda sonora captata dal microfono stesso per produrre in uscita una tensione pari a quella del rumore proprio del microfono.

In generale, un microfono non conferisce un rumore notevole a un sistema, se paragonato allo stadio di amplificazione e al nastro usato in una catena di registrazione analogica.

Comunque con i miglioramenti nella tecnologia digitale, tali valutazioni sul rumore proprio assumono sempre maggior interesse.

Nei microfoni dinamici o a nastro, il rumore è generato dagli elettroni che si muovono all’interno della bobina o del nastro stesso; nei microfoni a condensatore la maggior parte del rumore è generato dal preamplificatore interno. Alcuni tipi di microfoni apportano un rumore maggiore rispetto ad altri; perciò bisogna fare una molta attenzione nella scelta del microfono adatto per applicazioni critiche.

 

Caratteristiche di distorsione:

Così come l’utilizzo di un microfono è limitato verso il basso dal suo rumore proprio, è parimenti limitato verso l’alto della sua incapacità di gestire livelli di pressione molto alti, che causano problemi di distorsione. In termini di distorsione, il microfono dinamico è estremamente resistente, spesso capace di sopportare pressioni sonore di 140 dB. Di solito anche un microfono a condensatore non darà distorsione – con esclusione dei livelli più estremi di pressione sonora.

Tuttavia i condensatori differiscono dai dinamici per il fatto che ad alti livelli acustici l’output della capsula può essere sufficiente per mandare in distorsione il preamplificatore del microfono.

Per evitare che ciò avvenga, molti condensatori hanno un interruttore di attenuazione, detto pad, immediatamente successivo all’uscita del trasduttore, e che serve a ridurre il livello del segnale e quindi la distorsione di sovraccarico.

Quando si inserisce il pad nel circuito microfonico, bisogna ricordarsi che il rapporto segnale-rumore del microfono stesso viene ridotto di un ammontare pari a quello dell’attenuazione. Perciò è saggia abitudine togliere il pad se si usa il microfono in condizioni di pressione sonora normale.

 

Impedenza del microfono:

I microfoni sono disponibili con diverse impedenze in uscita. L’impedenza in uscita è un valore usato per uniformare la capacità di rendere segnale di un’apparecchiatura con i requisiti di ricezione di segnale (impedenza in ingresso) di un’altra apparecchiatura.

L’impedenza è misurata in ohm (Ω) e il suo simbolo è Z.

L’impedenza in uscita dei microfoni comunemente usati è di 50 Ω, o dai 150 ai 250 Ω (bassa impedenza) e dai 20 ai 50 KΩ (alta impedenza).

Ciascun valore di impedenza ha i suoi vantaggi. In passato i microfoni ad alta impedenza erano meno costosi, dato che l’impedenza in ingresso degli amplificatori a valvole era molto alta; per essere usati con microfoni a bassa impedenza, gli amplificatori a valvole necessitavano di trasformatori in ingresso molto costosi. Tutti i microfoni dinamici, comunque, sono a bassa impedenza, e quelli che hanno alta impedenza la raggiungono mediante l’utilizzo di un trasformatore interno elevatore di impedenza.

Uno svantaggio dei microfoni ad alta impedenza è la sensibilità dei loro cavi ad alta impedenza alla capacità di rumore elettrostatico, come quello provocato, per esempio, da motori elettrici o da luci al neon; tutto ciò rende necessario l’uso di cavi schermati. Nondimeno l’utilizzo di un conduttore avvolto da uno schermo crea in pratica un condensatore il quale è, a tutti gli effetti, connesso con l’uscita del microfono.

All’aumentare della lunghezza del cavo, la sua capacità aumenta fino a che, per una lunghezza compresa tra 6 e 7,5 m, la capacità del cavo comincia ad attenuare le alte frequenze nel segnale in uscita dal microfono. Per tale motivo i microfoni ad alta impedenza sono poco usati nella registrazione professionale. I microfoni ad impedenza molto bassa (50 Ω) hanno il vantaggio che i loro cavi sono praticamente insensibili ai problemi dati dalle cariche elettrostatiche, ma sono sensibili ai rumori di sottofondo e ronzii provocati da campi elettromagnetici, come quelli generati dalle linee di corrente alternata.

 

La riprese di tali interferenze può essere eliminata mediante l’uso di cavi a doppia spirale, per mezzo dei quali le correnti indotte magneticamente in questi cavi viaggiano in direzione reciprocamente opposta, e si cancellano quando arrivano allo stadio di ingresso microfonico bilanciato del mixer. Le linee microfoniche con impedenza dai 150 Ω ai 250 Ω presentano perdite di segnale molto contenute e possono essere usate con cavi microfonici lunghi fino a diverse centinaia di metri. Queste sono meno sensibili alla ripresa di correnti elettromagnetiche rispetto alle linee a 50 Ω, ma sono più sensibili a quelle elettrostatiche.

Perciò viene usato un cavo schermato a doppia spirale e si ottengono livelli di rumore molto bassi grazie all’utilizzo di una linea bilanciata.

All’interno di tale linea due fili portano il segnale, mentre un terzo conduttore, un filo e/o una schermatura, viene usato come massa, cioè come neutro. D’altro canto i microfoni ad alta impedenza o gli strumenti che entrano in line usano circuiti sbilanciati, in cui un filo porta il segnale con potenziale positivo fino all’apparecchiatura, mentre il secondo filo, (garza) che serve come massa, viene usato in pratica per completare il percorso del circuito di ritorno del segnale.

Le linee bilanciate si basano sul principio che la corrente alternata di un segnale audio avrà polarità opposta nei due conduttori, mentre qualunque rumore di origine elettrostatica o elettromagnetica sarà simultaneamente indotto in entrambi i conduttori con la stessa polarità.

Il trasformatore in ingresso o l’amplificatore che bilancia risponderà solo alle differenze di tensione fra i due conduttori, e ciò si tradurrà nella cancellazione del segnale non desiderato, mentre il segnale musicale resterà inalterato.

Nella grande maggioranza degli studi, le linee di trasmissione sono linee bilanciate a 200 Ω con schermatura solo all’uscita del preamplificatore e all’impugnatura del microfono. Lo standard adottato per una corretta polarità di un cavo bilanciato, il connettore bilanciato XLR, specifica che il piedino (pin) 2 è il polo positivo, o caldo, il 3 è quello negativo o freddo. La schermatura esterna e il cavo di massa sono connessi con il piedino 1. Se il polo caldo o freddo di un cavo microfonico bilanciato sono invertiti per errore, in uno studio di registrazione, è possibile che molti microfoni si trovino con le polarità invertite e possono avvenire fenomeni indesiderati di controfase.

 

L’alimentazione phantom

La maggior parte dei microfoni a condensatore professionali attualmente usati non ha bisogno, per poter funzionare, di una batteria di alimentazione interna, esterna oppure di una fornitura di corrente alternata. Essi sono stati progettati per essere alimentati direttamente dalla consolle per mezzo di una alimentazione phantom, cioè fantasma.

Questa opera fornendo una tensione positiva in corrente continua di +48 volt a entrambi i conduttori (piedini 2 e 3) della linea microfonica bilanciata.

Questa tensione è equamente distribuita mediante resistenze di pari valore (4,7 KΩ, con una tolleranza di +-1% sono valori accettabili), in modo che non ci sia una differenza di potenziale fra i due conduttori.

La parte positiva della tensione in corrente continua non è perciò elettricamente visibile nello stadio di ingresso di un preamplificatore microfonico bilanciato.

Invece viene recepito solo il segnale audio che è stato simultaneamente portato sui due conduttori.

Il circuito in corrente continua è completato fornendo la parte negativa dell’alimentazione al terzo conduttore del cavo o alla schermatura.

Le resistenze usate per distribuire la corrente ai conduttori del segnale possono dare un certo grado di isolamento rispetto gli altri ingressi microfonici in una consolle. Se un conduttore di segnale fosse accidentalmente mandato in corto circuito con la massa (come potrebbe effettivamente accadere se si usassero cavi difettosi o XLR sbilanciati), l’alimentazione dovrebbe comunque essere in grado di fornire potenza agli altri microfoni presenti nel sistema.

Se due o più ingressi sono in corto circuito, comunque, la tensione dell’alimentazione phantom potrebbe scendere a livelli troppo bassi per essere utilizzata.

 

A cura di Donato Masci

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Sound design in pillole “I Microfoni” seconda parte

Seconda parte. 

Il microfono a condensatore

Il microfono a condensatore (electret) sfrutta le variazioni di capacità del condensatore, realizzato con una lamina metallica o di plastica metallizzata costituente l’armatura fissa del condensatore, ed una seconda, mobile (la membrana).

Questo design microfonico si basa su un principio elettrostatico piuttosto che elettromagnetico, come succede invece nel caso dei microfoni dinamici e di quelli a nastro.

La capsula del microfono a condensatore, avendo caratteristiche di alta sensibilità, si presta a prelevare suoni anche a grande distanza: per tale uso è possibile accentuare le caratteristiche direzionali del microfono, montando la capsula all’interno di tubi progettati e calibrati per ottenere determinate interferenze additive e sottrattive.

Viene spesso impiegato nella sonorizzazione di molti film. Altri impieghi del microfono a condensatore sono: conferenze, televisione (microfoni a cella per cravatta) traduzioni simultanee ecc.

Il microfono a condensatore, il cui principio di funzionamento si basa sulla variazione di un campo elettrico, per funzionare ha bisogno di una batteria di alimentazione che viene utilizzata per generare il campo elettrico necessario.



La sua figura polare può essere omnidirezionale, bidirezionale (cosiddetta “figura 8“) o unidirezionale (cardioide, supercardioide, ipercardioide e shotgun).

Il microfono a condensatore può essere ritenuto qualitativamente migliore perché più sensibile ai transienti e alle sollecitazioni, tuttavia la capsula non ha un grande rendimento per cui viene aggiunto nel corpo del microfono un preamplificatore preposto ad alzare il livello del segnale generato, il quale però necessita di essere alimentato (la capsula può essere invece prepolarizzata nei microfoni electret).

Il preamplificatore rappresenta però anche il punto debole di un microfono a condensatore perché se di bassa qualità può indurre saturazioni, distorsioni e introdurre rumore (di solito è il preampli a determinare il massimo e il minimo livello sopportabile dal microfono). L’alimentazione può essere separata o viaggiare sul cavo del microfono (in questo caso detta phantom) e di solito è di 48 volt ma può essere specifica per ogni microfono (da 5 a svariate centinaia di volt per quelli a valvola).

 

Uno dei costruttori storici più apprezzati è Neumann. L’esperienza cinquantennale di questa casa nella trasduzione elettromeccanica del suono fa sì che venga preferita nella scelta dei microfoni da utilizzare negli studi di registrazione. Alcuni modelli di questo produttore, la cui attività risale agli anni 40, sono contrattati come pezzi storici, da appassionati collezionisti.

 

La testa o capsula del microfono a condensatore consiste di due lamine molto sottili, una fissa ed una mobile, dette armature.

Queste due lamine formano un capacitore (in origine chiamato condensatore, da cui il nome di microfono a condensatore).

Un capacitore è un dispositivo elettrico in grado di immagazzinare una carica elettrica; l’ammontare della carica che un capacitore può immagazzinare è dato dal valore della sua capacità e dalla tensione applicata, secondo la seguente equazione:

Q = CV

Q è la carica elettrica in coulomb

C è la capacità elettrica, in farad

V è la tensione, in volt

 

La capacità della capsula è determinata dalla superficie delle due lamine, dal dielettrico, cioè la sostanza presente fra le lamine (che nel nostro caso è l’aria), e dalla distanza fra le lamine stesse (che varia a seconda della pressione sonora).

 

Perciò, le lamine della capsula di un microfono a condensatore formano un capacitore sensibile alle variazioni di pressione sonora.

 

 

Nel design più usato dai costruttori, le lamine sono collegate ai poli di un alimentatore in continua, che fornisce una tensione di polarizzazione per il capacitore (la Phantom). Gli elettroni sono portati via dalla lamina connessa con il polo positivo dell’alimentatore e attraversano un resistore di grande valore fino alla lamina connessa con il polo negativo dell’alimentatore. Tale processo continua fino a che la carica presente nella capsula (cioè la differenza fra il numero di elettroni presenti sulla lamina caricata positivamente e quelli presenti sulla lamina caricata negativamente) sia uguale alla capacità della capsula per la tensione di polarizzazione. Quando si raggiunge questo equilibrio non scorre più una corrente apprezzabile attraverso il resistore. Se il microfono è raggiunto da un’onda di pressione sonora, la capacità della capsula varia. Se la distanza fra le lamine diminuisce, aumenta la capacità; viceversa se la distanza aumenta, diminuisce la capacità.

Secondo la precedente equazione, Q, C e V sono interrelati fra di loro; quindi se la carica Q è costante e la pressione sonora fa variare la capacità del diaframma C, la sua tensione V cambierà in maniera proporzionale.

Insieme con la capacità delle lamine, un resistore di alto valore dà una costante di tempo del circuito maggiore del ciclo di qualsiasi frequenza audio. (La costante di tempo di un circuito è proporzionale al tempo necessario al circuito stesso per caricarsi o scaricarsi).

Dato che il resistore previene variazioni della carica del condensatore che siano causate dai rapidi cambiamenti in capacità dovuti alla pressione sonora applicata, la tensione presente nel capacitore varia in base alla formula V = Q/C.

Il resistore e il capacitore sono in serie con l’alimentazione, così che la somma delle rispettive tensioni eguaglia quella di alimentazione. Quando varia la tensione ai capi del capacitore, cambia in maniera eguale la tensione ai capi del resistore – ma con segno opposto. La tensione ai capi del resistore diventa quindi il segnale in uscita.

 

Dato che il segnale al di fuori del diaframma ha un’impedenza molto alta, il capacitore è alimentato mediante un amplificatore a conversione di impedenza, posizionato nella circuiteria il più vicino possibile al diaframma (spesso 2’’ o meno).

Tale amplificatore è messo all’interno del corpo del microfono in modo da prevenire i ronzii, la ripresa di rumori e la perdita di livello del segnale che altrimenti si verificherebbero.

Questo è un altro dei motivi per cui un microfono a condensatore necessita di un’alimentazione per funzionare (phantom, pila etc).

 

Anche se la maggior parte dei microfoni attualmente in uso ha un FET (transistor ad effetto di campo) per diminuire l’impedenza della capsula, alcuni design più vecchi e di gran fama (e i nuovi rifacimenti di tali modelli) usano delle valvole a gas rarefatto messe all’interno della capsula.

Questi microfoni di solito sono molto apprezzati dagli studi o dai collezionisti per il loro suono valvolare; generalmente danno una piacevole colorazione tonale, risultante dal design stesso (spesso hanno un’intelaiatura più ampia e una chiusura a griglia a rete) e dalla distorsione degli armonici pari, oltre ad altre caratteristiche che si incontrano quando si usano le valvole.

A cura di Donato Masci

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Sound design in pillole “I Microfoni" prima parte

I Microfoni – prima prate

Il microfono è spesso il primo dispositivo che si incontra nella catena di registrazione; esso è un trasduttore che trasforma l’energia da una certa forma (onde sonore) in energia diversa (segnale elettrico).

La qualità della ripresa microfonica dipende da molte variabili esterne, per esempio la collocazione dei microfoni e l’ambiente acustico e anche da variabili interne vale a dire il tipo di progettazione.

Questi elementi interdipendenti contribuiscono alla qualità della ripresa complessiva del microfono. Allo scopo di soddisfare le necessità di un gran numero di applicazioni e di gusti personali, si ha una notevole varietà di microfoni per l’uso professionale.

Dato che le particolari caratteristiche di ciascuno di essi si adattano meglio a un uso specifico, l’utilizzatore può ottenere la migliore ripresa di una sorgente acustica combinando attentamente la scelta del microfono e il suo utilizzo.

Quando si sceglie il posizionamento microfonico più adatto, si devono tenere presenti le due raccomandazioni elencate qui di seguito:

non ci sono regole, solamente linee guida.

Anche se tali linee guida possono aiutare ad ottenere una buona ripresa, non bisogna dimenticarsi di sperimentare altre soluzioni, che potrebbero adattarsi maggiormente al proprio gusto personale.

La qualità del segnale audio, ripreso e registrato, non risulterà migliore rispetto alla qualità data dal dispositivo meno valido che si trova nel percorso di registrazione del segnale stesso.

Il microfono è un trasduttore di tipo elettro-meccanico in grado di convertire le onde di pressione sonora in segnali elettrici.

Esistono diversi tipi di microfono che basano il proprio funzionamento su differenti tecnologie e metodi di conversione.

I microfoni vengono classificati principalmente secondo la tipologia di funzionamento (in pratica il tipo di trasduttore) e la caratteristica direzionale (ovvero la diversa sensibilità del trasduttore in relazione alla direzione di provenienza del suono).

Altre caratteristiche tecniche sono la banda passante / risposta in frequenza, dinamica e sensibilità, l’impedenza, la necessità o meno di alimentazione.

Vi sono poi le caratteristiche psico-acustiche: trasparenza del suono, risposta ai transienti, selettività, resa sulle armoniche, ecc.

Possono fare parte del sistema microfonico, a seconda del tipo: trasduttori meccanici ed elettrici, cavità di risonanza, tubi ad interferenza, filtri, sospensioni, alimentatori, amplificatori.

 

Microfono Dinamico

Il microfono dinamico è strutturalmente simile ad un piccolissimo altoparlante, con funzionamento inverso: sfrutta la legge di Lenz per convertire il movimento di una membrana (la parte destinata a raccogliere le pressioni sonore) in forza elettromotrice, grazie ad un avvolgimento di filo conduttore sottilissimo meccanicamente fissato alla membrana stessa; tale avvolgimento è immerso nel campo magnetico generato da un nucleo di magnete permanente.

In teoria, il sistema di ripresa dinamico opera mediante induzione elettromagnetica per generare un segnale di uscita.

Quando un elemento metallico, elettricamente conduttore, è posizionato in modo da incrociare perpendicolarmente le linee di flusso di un campo magnetico, all’interno del metallo stesso si genera una corrente di ampiezza e direzione date.

I microfoni dinamici sono di due tipi: a bobina mobile e a nastro.

 

Microfono a bobina mobile

Lo schema di questo design microfonico è rappresentato nella figura a pagina successiva e di solito è composto da un diaframma di mylar di circa 0.35 mm di spessore.A questo è collegato un avvolgimento ben realizzato di filo, detto bobina mobile, sospeso con molta precisione all’interno di un campo magnetico di alta intensità.

Quando un’onda sonora raggiunge un lato di questo diaframma (A), la vicina bobina (B) è mossa in maniera direttamente proporzionale all’ampiezza e alla frequenza dell’onda, facendo sì che la bobina stessa attraversi il percorso delle linee del flusso magnetico generato da un magnete permanente (C).

In questo modo, ai capi della bobina si genera un segnale elettrico analogo (di ampiezza e direzione specifiche).

 

 

Microfono a nastro

Il microfono a nastro (fig), similmente a quello a bobina mobile, si basa sul principio dell’induzione elettromagnetica. In questo caso tuttavia si usa un diaframma composto da un nastro di alluminio molto sottile (2 micron). Spesso questo diaframma presenta delle ondulazioni trasversali (lungo la sua lunghezza), ed è sospeso all’interno di un campo magnetico con flusso magnetico molto forte.

Quando le variazioni di pressione sonora, secondo la velocità delle particelle dell’aria, fanno muovere il diaframma metallico, il nastro si muove perpendicolarmente rispetto alle linee di flusso del campo magnetico.

Ciò induce nel nastro una corrente di intensità ed ampiezza proporzionale all’onda sonora.

A causa della lunghezza ridotta del diaframma a nastro (se paragonato alla bobina mobile), la sua resistenza elettrica è dell’ordine di 0.2 Ω.

L’impedenza considerata è troppo bassa per essere connessa direttamente ad un preamplificatore microfonico, e quindi si deve usare un trasformatore elevatore per portare l’impedenza stessa ad un valore accettabile, compreso tra i 150 e 600 Ω.

 

 

Recenti sviluppi nella tecnologia del microfono a nastro

Negli ultimi trent’anni, alcuni costruttori di microfoni hanno fatto grandi passi avanti nella miniaturizzazione e nel miglioramento delle caratteristiche funzionali dei microfoni a nastro.

Per esempio la Beyerdynamic ha progettato i modelli M260 e M160: nel caso del M260, Beyerdynamic usa un magnete a terre rare per formare una struttura magnetica abbastanza piccola da poter stare in una griglia sferica di 2’’ di diametro – molto più piccola dei tradizionali microfoni a nastro, per esempio i tipi RCA 44 o 77.

Il nastro, che è ondulato nel senso della lunghezza per conferirgli maggior resistenza e più flessibilità alle estremità, ha spessore di circa 3 micron, larghezza 0,20 cm, lunghezza 2 cm e pesa solamente 0,312 mg. Un tubo di plastica è fissato sopra il nastro e contiene un filtro antipop.

Due filtri addizionali e la griglia sferica riducono di molto il rischio che il nastro venga danneggiato dal vento, rendendolo adatto per le riprese in esterni e ad essere tenuto in mano.

Un altro sviluppo recente nella tecnologia dei microfoni a nastro è il microfono a nastro stampato. In teorica, il nastro stampato opera nello stesso identico modo del nastro tradizionale. Il diaframma è fatto di una sottile pellicola di poliestere sulla quale viene stampato un nastro di alluminio a forma di spirale. La struttura magnetica è data da due magneti ad anello in fronte a due dietro al diaframma stesso; ciò provoca una cascata di flusso magnetico, che, attraverso del nastro, induce in esso una determinata corrente elettrica.

 

A cura di Donato Masci

 

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Ciao alla prossima settimana !!!

 

 

 

 

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Sound design in pillole “Il Compressore" prima parte

Da oggi inizia una serie di tutorial sulle tecniche di registrazioni e sull’utilizzo della strumentazione per la manipolazione del suono.

 

Il tutorial di questa settimana ha l’intenzione di farvi comprendere meglio il funzionamento ed i vari parametri del compressore.

Il compressore non è altro che un processore di dinamica che riduce il range dinamico di un segnale se quest’ultimo supera una determinata soglia (threshold) in funzione di un rapporto detto ratio.

Per esempio se impostiamo un ratio di 4:1, il  segnale in entrata di 4 dB al di sopra della soglia (threshold), produrrà un livello del segnale in uscita di 1 dB sopra la soglia, quindi otteniamo una riduzione del segnale sopra la soglia di -3 dB. Compensiamo di +3dB con il parametro gain e otteniamo la nostra riduzione del range dinamico.

in sintesi: un rapporto (ratio) di 4:1 indica che ogni 4 db che entrano ne esce 1 (dB).

Vediamo i vari parametri del compressore:

Soglia (threshold)

è appunto la soglia (si misura in db) sopra la quale il segnale è ridotto. Se per esempio impostiamo la soglia a –10 db la quantità di segnale sopra tale soglia viene ridotto in base al rapporto di compressione impostato.

Rapporto di compressione/ratio

il rapporto di compressione (ratio) determina il rapporto di ingresso e di uscita per i segnali sopra la soglia (threshold).

 

Attacco/Attack

è  tempo che occorre al compressore per entrare in funzione dopo che il segnale ha superato la soglia (threshold).

Rilascio Release

è il tempo che occorre al compressore a riportare la riduzione del guadagno al valore iniziale.

 

 

 

Curva di compressione

Regola il grado della curva d’intervento della riduzione di guadagno. Hard indica quasi un angolo mentre soft Knee una curvatura più dolce.

Gain 

serve a compensare la riduzione del guadagno del compressore riportando l’intensità al livello di ingresso.

Side chain

è un segnale esterno di controllo del compressore in sintesi tutti parametri non vengono regolati dal segnale processato ma da un segnale esterno. Il side chain se usato sapientemente permette un utilizzo molto creativo del compressore.

 

Nel prossimo tutorial approfondiamo l’utilizzo del compressore non esitate a fare domande e a suggerirne dei nuovi !

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Ciao alla prossima settimana !!!

Christian

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