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Microfoni 2018-04-12T16:09:51+00:00

MICROFONI

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

Trova applicazione nell’ambito delle telecomunicazioni (in particolare nella telefonia), nel mondo dello spettacolo (musica, radio, televisione, cinematografia) e nei sistemi di rilevamento di onde acustiche.

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

I microfoni possono essere classificati in base a:

  • tipologia del sistema meccanico: (in pratica il tipo di trasduttore): a membrana, a nastro e a cellula;
  • grandezza oggetto della trasduzione: a pressione, a gradiente di pressione, a spostamento e a velocità;
  • principio di trasduzione: a variazione di resistenza, elettromagnetici (o magnetici o dinamici), elettrostatici e piezoelettrici;
  • necessità o meno di alimentazione: con filo e senza filo.

A variazione di resistenza

Microfono a carbone
Praticamente non più utilizzato, il microfono a carbone sfrutta la variazione di resistività di granuli di carbone sottoposti a compressione meccanica dalla sottile membrana che chiude la capsula che li contiene. Economico da costruire, può tuttavia coprire un campo di frequenza molto limitato. Erano di questo tipo i primi microfoni radiofonici (quelli stile anni ’30, che si vedono nei vecchi film), ma anche le capsule microfoniche adottate per i telefoni a cornetta in uso fino agli anni 80; agitando tra le dita la capsula, è percepibile il movimento dei granuli.

Microfono dinamico

Il microfono dinamico è strutturalmente simile ad un piccolissimo altoparlante, con funzionamento inverso: sfrutta il fenomeno dell’induzione elettromagneticaper convertire il movimento di una membrana (la parte destinata a raccogliere le pressioni sonore, normalmente costituita da una pellicola di mylar, poliestere dello spessore di pochi decimi di mm) in forza elettromotrice, grazie ad un avvolgimento di filo conduttore sottilissimo meccanicamente fissato alla membrana stessa chiamato bobina mobile. Tale struttura è immersa nel campo magnetico generato da un nucleo di magnete permanente. Il movimento della bobina mobile nel campo magnetico genera, ai capi del filo di cui è composta, una corrente elettrica proporzionale all’ampiezza dei movimenti dell’avvolgimento e quindi, in definitiva, alla magnitudo del segnale acustico: questa corrente costituisce il segnale elettrico audio il quale, tramite un cavo oppure via radio, viene trasferito alla console o agli outboard.

Microfono a nastro

Usano un nastro sottile e, a volte, ondulato sospeso in un campo magnetico. Il nastro è collegato da un circuito elettrico all’uscita audio del microfono cosicché le sue vibrazioni nel campo magnetico possano generare un segnale elettrico. Sia il microfono a nastro che quello a bobina mobile hanno in comune la caratteristica di produrre il suono per induzione magnetica.

Microfono a condensatore

Il funzionamento del microfono a condensatore si basa sulla variazione di tensione ai capi di un condensatore, di cui un’armatura è fissa e l’altra è costituita dalla membrana del microfono stesso, a cui è fornita una quantità di carica Q=V x C: essendo la carica costante, poiché la tensione di polarizzazione è fornita attraverso una resistenza solitamente di 1Gohm, ogni piccola variazione della distanza fra le armature dovuta alla vibrazione della membrana provoca una variazione della capacità che produce una variazione di tensione. Il microfono a elettrete (è spesso usato anche il termine anglosassone electret) si basa sullo stesso principio, ma il campo elettrico è fornito da un elettrete, ovvero un materiale isolante in cui è intrappolata una carica elettrica.

Entrambi per funzionare necessitano di un piccolo circuito elettronico adattatore di impedenza. Tale circuito deve essere alimentato: per questo si può usare una batteria, ma spesso si preferisce fornire l’alimentazione tramite lo stesso cavo microfonico (alimentazione Phantom). Esistono diversi standard a cui il circuito può aderire, tra cui alimentazione a 12 volt “T” negativa o positiva e alimentazione phantom 12 positiva o negativa o +48V. Molto spesso tali microfoni, specialmente se di buona qualità, sono composti da due moduli separati: il modulo di alimentazione (con batteria da pochi volt, fino ai 48 volt o Phantom) ed il modulo microfono vero e proprio che può essere ad una, due o quattro celle, per distanze piccole, medie e grandi.

La capsula del microfono a condensatore, avendo caratteristiche di alta sensibilità, si presta anche 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 nelle riprese musicali sia negli studi di registrazione che dal vivo e nella sonorizzazione di film durante la presa diretta e nel doppiaggio. Altri impieghi del microfono a condensatore sono: conferenze, televisione (microfoni lavalier e capsule per radiomicrofoni), traduzioni simultanee ecc.

Il microfono Lavalier è un tipo di microfono a elettrete molto usato nelle trasmissioni televisive. Si aggancia grazie a una clip sul tessuto del vestito di chi lo usa. Ha il pregio di poter essere usato senza le mani, ma (anche secondo la qualità) ha il difetto di produrre suoni indesiderati quando viene in contatto con il tessuto. Ci possono essere varie strategie per nasconderlo

Microfono piezoelettrico

I microfoni piezoelettrici, detti anche a cristallo, sfruttano le proprietà dei materiali piezoelettrici, che reagiscono alle onde sonore generando un segnale elettrico. Tale tipologia di microfono è molto semplice dal punto di vista costruttivo ed economica, per cui è stata molto diffusa dagli anni ’50 agli anni ’70, prima che facessero la loro comparsa i microfoni di tipo electret.

Radiomicrofoni

Per ovviare alle scomodità dei cavi di trasmissione del segnale elettrico utilizzati dai microfoni tradizionali, sono stati introdotti, e vengono utilizzati principalmente negli studi televisivi o in manifestazioni dal vivo, i cosiddetti radiomicrofoni, che incorporano, oltre ad una normale capsula microfonica, un circuito trasmettitore che modula il segnale portante radio ed una piccola antenna che trasmette il segnale ad un ricevitore, posto vicino alla console o comunque all’unità che si occupa dell’acquisizione del suono. Il ricevitore si occupa quindi di riconvertire il segnale radio in un segnale audio e passarlo via cavo alla consolle.

Tali microfoni sono capaci di funzionare anche a decine di metri dal ricevitore, soprattutto in ambienti privi di ostacoli (in particolare pareti in muratura). Data però la necessità di convertire il suono in frequenze radio e poi viceversa, oltre al rischio che si esaurisca la batteria durante la performance o che altre fonti di onde radio interferiscano con la comunicazione, nei concerti e tanto più negli studi di registrazione musicali vengono preferiti i tradizionali microfoni a cavo.

I radiomicrofoni sono disponibili principalmente in tre formati: viene comunemente detto gelato (per evidenti motivi di somiglianza con un cono gelato) il radiomicrofono che presenta una forma simile al microfono tradizionale (in gergo tecnico è detto radiomicrofono palmare) e quello a spillo (detto in gergo tecnico lavalier o “collarino”, con riferimento ai vecchi, pesanti microfoni che venivano appesi al collo mediante un cordino come una collana) il radiomicrofono in cui la capsula microfonica è separata dal resto e, data la piccola dimensione, può essere appesa al colletto della camicia o al bavero del vestito di colui che parla/canta oppure ad archetto (detto in gergo tecnico headset) che, attraverso uno scheletro di plastica o metallo, permette di avere la capsula microfonica perpendicolare alla direzione del suono emesso dalla bocca; nei microfoni a spillo e ad archetto il sistema di preamplificazione, conversione e trasmissione si trova in una scatoletta a parte (bodypack), collegata alla capsula per mezzo di un cavetto e che solitamente si tiene attaccata alla cintura: ciò consente una libertà di movimento massima, non essendo più necessario sorreggere il microfono con le mani. L’unico difetto che appartiene al microfono a pulce è, avendo la capsula microfonica di dimensioni ridotte e posizionata solitamente sul bavero, non molto vicino alla bocca, la propensione al fischio (o feedback, anche detto Laarsen). Il microfono ad archetto, invece, essendo naturalmente posizionato vicino alla bocca, ne è quasi immune. I presentatori, oratori o cantanti che necessitano di avere le mani libere o che devono muoversi o ballare liberamente sul palcoscenico utilizzano solitamente microfoni ad archetto ma, altrimenti, i cantanti continuano a preferire il microfono a gelato per la sua timbrica particolare (effetto prossimità) cui siamo tutti abituati e per la possibilità di modulare la voce allontanando ed avvicinando il microfono alla bocca.

Utilizzo dei microfoni nelle intercettazioni

Le intercettazioni ambientali sono realizzate principalmente con l’impiego di microspie, microfoni direzionali, microfoni a contatto e telecamere nascoste. Le microspie propriamente dette sono microfoni occulti idonei a captare i suoni e trasmetterli via cavo o via radio a una idonea stazione ricevente, ovvero immagazzinare quanto captato in memorie che verranno lette (o, gergalmente, “sbobinate”) lontano dal punto di cattura. Le telecamere ovviamente hanno una funzione del tutto analoga relativamente alle immagini che sia possibile catturare dal punto di osservazione, e in genere comprendono al loro interno quanto necessario per svolgere lo stesso compito per l’audio.

Il problema tecnico per microspia e telecamera è duplice, e riguarda dapprima il posizionamento della sorgente di dati, che spesso richiede l’introduzione in proprietà private e/o in ambienti abitati, e poi dell’accesso ai dati che vengono catturati. Nel caso non sia possibile una trasmissione via radio, ai dati si potrà accedere soltanto recuperando fisicamente il dispositivo, ripetendo l’accesso all’area osservata.

Il microfono direzionale invece è un tipo di microfono adatto all’uso da relativa distanza; essendo dotato di un cono con funzione di amplificazione selettiva dei suono provenienti da una determinata direzione, oltre che di adeguato software di ottimizzazione e filtraggio del suono catturato, con il direzionale è possibile ascoltare conversazioni anche senza avere un dispositivo all’interno dell’area osservata.

Il microfono a contatto è invece un dispositivo munito di software per la massimizzazione della resa fonica in termini volumetrici, che tipicamente consente di ascoltare conversazioni che si svolgono al di là di una parete o una soletta, oppure a distanza mediante l’appoggio a tubazioni o altri conduttori impropri (ad esempio impianti di riscaldamento centralizzato).

Tecniche anti-intercettazione

Per impedire che un’intercettazione telefonica possa risultare efficace, principalmente si utilizzano diversi tipi di strumenti di crittografia, mediante i quali si impiegano tecnologie applicabili a computer e telefoni mobili programmabili (smartphone) e che “criptano” la voce prima di inviarla su di una rete dati (GSM CSD, PSTN, ISDN, UMTS, GPRS, HSDPA).

Simili software lavorano senza il coinvolgimento dell’operatore di telefonia e devono essere installati nel terminale emittente e in quello destinatario, i quali introducono un livello di cifratura ulteriore a quello della rete GSM, oppure uno scrambling, in cui una o più funzioni d’onda che disturbano la comunicazione creando un rumore di fondo che rende indecifrabile la conversazione, se questo non viene filtrato ed eliminato dai programmi installati sui terminali.

Un esempio è il primo standard di sicurezza telefonica ZRTP, considerato sicuro dallo stesso ente di standardizzazione dei protocolli internet Internet Engineering Task Force, con cui è possibile cifrare le telefonate che queste viaggino su rete telefonica fissa o mobile. ZRTP pone al centro della verifica della sicurezza la relazione fra gli interlocutori a cui viene richiesto di verificare verbalmente un codice di sicurezza della chiamata. Verificato questo (ììShort authentication string) la chiamata è cifrata con lo standard di sicurezza SRTP.

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