I.P.S.I.A. Di
BOCCHIGLIERO
a.s. 2011/2012
-classe V-
Materia: Elettronica, Telecomunicazioni ed applicazioni
---- Trasduttori acusto-elettrici :
alunni
Trovato Filomena
I MICROFONI
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prof. Ing. Zumpano Luigi
IPSIA Bocchigliero
-Elettronica, Telecomunicazioni ed ApplicazioniTrasduttori acusto-elettrici: I Microfoni
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Trasduttori acusto-elettrici : I MICROFONI
I microfoni sono apparecchi elettroacustici, definiti anche come trasduttori acusto-elettrici nei quali
l'energia delle onde sonore viene trasformata in energia elettrica.
I microfoni possono essere classificati in : microfoni a spostamento e microfoni a velocità. Nei
microfoni a spostamento ''accoppiamento'' fra il sistema meccanico e quello elettrico è dato da un
campo elettrico, mentre nei microfoni a velocità è dato da un campo magnetico.
Appartengono alla categoria dei microfoni a spostamento i microfoni : a condensatore , quelli
piezoelettrici e quelli ceramici. Appartengono alla categoria dei microfoni a velocità,invece, i
microfoni a bobina mobile e i microfoni a nastro. Un particolare tipo di microfono e anche il
microfono a carbone, nel quale l'energia elettrica in uscita non deriva dall'energia acustica in
entrata, ma può essere superiore a questa perché è fornita da una sorgente esterna che viene
modulata dal segnale acustico d'ingresso.
Microfono a condensatore:
Il microfono a condensatore, detto anche ''elettrostatico'', è un microfono di tipo polarizzato, cioè
richiede una tensione continua di polarizzazione. Il suo funzionamento è basato sulla variazione di
capacità del condensatore, composto da una lamina metallica costituente l'armatura fissa del
condensatore, e da una seconda mobile, la membrana. Esso è alimentato da una tensione ausiliaria
continua di 150-250 V. Il microfono è inserito in un circuito come indicato nella seguente figura, in
modo che le variazioni di capacità del condensatore microfonico possono essere trasformate in
variazioni di tensione all' uscita del circuito.
Ca
R
M
E0
Microfoni piezoelettrici e ceramici
I microfoni piezoelettrici sono microfoni a spostamento, essi non richiedono una tensione ausiliaria
di alimentazione ma uniscono alla semplicità costruttiva una elevata sensibilità. Questi microfoni si
distinguono anche in microfoni piezoelettrici ad azione diretta, nei quali la pressione acustica
agisce direttamente sul cristallo piezoelettrico, e i microfoni ad azione indiretta, nei quali la
pressione acustica agisce su una membrana vibrante collegata al cristallo. La ''cellula sonora'' dei
microfoni piezoelettrici può essere ottenuta semplicemente tagliando una sottile lamina dal blocco
cristallino e munendo questa di elettrodi, realizzati ad esempio metallizzando le due facce attive
della lamina con rame o argento, rappresentata nella figura A. in altri casi si possono accoppiare in
opposizione due lamine tagliate diversamente dal blocco cristallino ,ottenendo così una cellula
sonora ad elemento bimorfo, rappresentato nella figura B.
Cellule sonore per microfoni piezoelettrici
Metallizzazione
Cristallo
Punti di
appoggio
a) semplice
b) Ad elemento bimorfo
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Caratteristiche simili ai microfoni piezoelettrici presentano i cosiddetti microfoni ceramici, i quali
impiegano, per la realizzazione delle celle sonore, materiali ceramici al titanato di bario.
Microfoni a bobina mobile
I microfoni a bobina mobile appartengono alla categoria dei microfoni a velocità e vengono detti
anche microfoni magnetodinamici, perché in essi l'accoppiamento fra il sistema meccanico e quello
elettrico è dato dal campo magnetico prodotto da un magnete permanente. La costituzione di un
microfono a bobina mobile comprende essenzialmente una membrana conformata a calotta sferica
nella sua parte centrale, solidale ad una leggera bobina formata con filo isolato di alluminio o anche
di rame. La bobina è immersa nel campo magnetico radiale presente nel traferro cilindrico di un
circuito magnetico rotondo, con sezione ad E, come possiamo vedere in figura:
Le vibrazioni della membrana prodotte dalle onde sonore fanno oscillare assialmente la bobina
mobile, inoltre in ciascuna spira della bobina viene indotta una f.e.m. (forza elettro motrice)
alternativa, il cui andamento nel tempo riproduce quello delle vibrazioni della membrana. Ai capi
della serie di spire costituenti la bobina si ottiene quindi una tensione:
v =B l u
proporzionale alla velocità istantanea u di spostamento della membrana ( B e l sono rispettivamente
i valori costanti dell'induzione magnetica nel traferro e della lunghezza del filo costituente la
bobina).
Microfoni a nastro
Il microfono a nastro è un microfono elettrodinamico, costituito da un nastro sottile di duralluminio
posto tra le espansioni polari di un magnete permanente ed esposto al campo sonoro; le espansioni
polari sono forate per offrire minimo ostacolo alla propagazione delle onde sonore. Il principio di
funzionamento è uguale a quello dei microfoni a bobina mobile. Sotto l'azione della pressione
acustica, il nastro vibra perpendicolarmente alla direzione del campo magnetico, producendo una
f.e.m data da v = B l u . Una particolarità di questi microfoni è la loro bidirezionalità, derivante dal
fatto di essere sensibili al gradiente di pressione acustica, cioè alla differenza fra le pressioni
acustiche agenti sulle due facce del nastro. La forza vibromotrice, infatti, dipende dallo sfasamento
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prodotto dalla differenza di percorso fra le onde di pressione che arrivano una frontalmente e l'altra
posteriormente al nastro. La differenza di percorso è massima se la direzione di provenienza del
suono è perpendicolare al piano del nastro, mentre si annulla quando la direzione di provenienza è
parallela al piano del nastro.
Esistono anche microfoni a nastro unidirezionali nei quali il nastro è esposto alla pressione acustica
su una sola faccia anziché su entrambe, così che nel diagramma di direzionalità indicato nella figura
seguente viene a mancare uno dei due lobi.
L'effetto di unidirezionalità può essere ottenuto anche combinano due trasduttori acusto-elettrici,
uno sensibile alla pressione e l'altro al gradiente di pressione. Le f.e.m generate vengono
sovrapposte collegando in serie le uscite dei due trasduttori. Dalla risultante delle due caratteristiche
di direzionalità, una circolare (omnidirezionale o panoramica) e l' altra ad otto ( bidirezionale), si
ottiene una caratteristica unidirezionale a cardioide come rappresentato in figura.
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