Microfoni e speaker

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