Dispense del corso di Fonia e Tecnico del Suono. anno accademico 2013/2014. Sesta lezione. Microfoni e speaker

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1 Dispense del corso di Fonia e Tecnico del Suono anno accademico 2013/2014 Sesta lezione Microfoni e speaker

2 Legge di Faraday Intorno 1820 il fisico danese Hans Christian Ørsted scopri che una corrente che passa attraverso un conduttore genera intorno ad esso un campo magnetico. Quasi per errore, durante alcuni esperimenti con la pila di Volta, Ørsted scoprì che un ago magnetico di una bussola presente nel suo laboratorio subiva variazioni quando si faceva passare una corrente attraverso un circuito. Ørsted non riusci però a trovare una legge che unificasse quelli che allora venivano considerati come due fenomeni distinti, l'elettricità e il magnetismo. In questo riusci il fisico Inglese Faraday. Intorno al 1830 egli riusci a ricondurre l'elettricità e il magnetismo ad un unico fenomeno. Trovo inoltre una legge (la legge di Faraday) che riusciva a quantificare ciò che venne chiamato induzione elettromagnetica. Induzione elettromagnetica L'esperienza di Ørsted aveva indotto gli scienziati a chiedersi se fosse vero anche il contrario, cioè se fosse possibile ottenere correnti elettriche mediante un campo magnetico. Faraday nel 1831 scoprì con una serie di esperimenti che in un circuito si generano correnti elettriche quando esso è immerso in un campo magnetico che varia nel tempo. Questo fenomeno si chiama induzione elettromagnetica e le correnti che esso genera sono dette correnti indotte. Il solenoide della figura è collegato ad un amperometro mediante un circuito che non contiene generatori, pertanto in questo circuito non dovrebbe circolare alcuna corrente. Muovendo un magnete all'interno del solenoide, l'amperometro segnala un passaggio di corrente che cessa quando il magnete viene fermato, anche se all'interno del solenoide. Oltre che immergendo il solenoide in un campo magnetico variabile, l'induzione elettromagnetica si genera anche muovendo un solenoide rispetto ad un campo magnetico fisso. Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica è alla base del funzionamento di molti oggetti di uso comune, come ad esempio i motorini elettrici, i trasformatori, le antenne, i circuiti salvavita, i lettori di nastri magnetici, i microfoni, le casse acustiche, i pickup delle chitarre elettriche, ecc...

3 Il microfono dinamico a bobina mobile Un microfono è un trasduttore, cioè uno strumento che converte l'energia meccanica in energia elettrica. Un microfono dinamico è formato, nella sua essenza, da una membrana (o diaframma), un solenoide e un magnete. La membrana è un sottile strato di un materiale plastico che viene messa in movimento dai cambiamenti di pressione del suono. Solidale con la membrana c'è un solenoide formato da un filamento di rame molto sottile, per renderlo il più leggero possibile. Intorno al solenoide c'è un magnete, fissato allo chassis del microfono. Quando la membrana si muove, fa muovere anche il solenoide che le è collegato. Dato che il magnete rimane solidale con il corpo del microfono, nel solenoide si crea una corrente indotta perché si trova immerso in un campo magnetico relativamente variabile. Questa corrente indotta, nell'ordine dei milliwatt, costituirà il segnale del microfono che verrà mandato al mixer per essere trattato. I microfoni dinamici a bobina mobile sono molto resistenti, e possono sopportare livelli di pressione sonora anche molto alti, in alcuni casi anche oltre i 120dBSPL. L'energia necessaria per far muovere la membrana e il solenoide insieme è maggiore di quella che servirebbe se la membrana fosse libera. Questa maggiore inerzia fa sì che le piccole variazioni di energia, le sfumature del suono o i transienti molto veloci non vengano catturate in maniera ottimale. I microfoni dinamici a bobina mobile sono molto usati nelle situazioni live, mentre in studio vengono generalmente usati nei casi in cui si ha una grande pressione sonora, come con le percussioni o con gli amplificatori delle chitarre elettriche. Non ci sono comunque regole universali sull'uso dei microfoni, la leggenda vuole che Bono Vox usi un SM57, un microfono tipicamente usato per le chitarre e i rullanti, per registrare le sue performance vocali.

4 Le casse acustiche Il funzionamento degli speaker è l'inverso dei microfoni dinamici a bobina mobile. Anche le casse sono composte da una membrana (il cono), un solenoide ed un magnete. La membrana, il solenoide e il magnete sono più grandi rispetto a quelli usati per i microfoni. Al solenoide viene inviata una corrente ad alto voltaggio che genera un campo magnetico intorno al solenoide stesso. Questo campo magnetico interagisce con quello fisso del magnete, attraendosi o respingendosi, a seconda della polarità della corrente che lo genera. Dato che il solenoide è fissato al cono della cassa, ogni suo spostamento mette in movimento anche il cono. Il movimento del cono crea delle compressioni e rarefazioni nell'aria che producono un suono. In assenza di corrente nel solenoide non si genera nessun campo magnetico, e la membrana del cono non si muove. Se colleghiamo uno speaker ad una batteria (che fornisce una corrente continua) creiamo, intorno al solenoide, un campo magnetico che non varia. Questo interagisce con quello del magnete fisso, attraendosi o respingendosi, e di conseguenza il cono viene spinto rispettivamente verso l'interno o verso l'esterno.

5 Se invertiamo la polarità della corrente continua (invertendo i poli della batteria), anche il campo generato intorno al solenoide inverte la sua polarità. Se prima i due campi si respingevano, ora si attraggono e viceversa. Una corrente alternata è una corrente che cambia la sua polarità con una certa frequenza. Se mandiamo una corrente alternata al solenoide, il campo magnetico generato cambia la sua polarità con la stessa frequenza della corrente. Un corrente alternata a 100Hz produce uno spostamento del cono della cassa di 100 volte in un secondo. Questo movimento del cono genera un suono con frequenza a 100Hz.