Cos’è il diaframma di un microfono? (An In-Depth Guide) – Il mio nuovo microfono

I diaframmi hanno molto a che fare con il suono. Noi “cantiamo dal diaframma” del nostro corpo fisico, e, se stiamo cantando in un microfono, stiamo interagendo anche con un diaframma! Ogni microfono pratico ha un diaframma e la comprensione dei diaframmi è cruciale per la padronanza del microfono.

Cos’è il diaframma di un microfono? Il diaframma di un microfono è una membrana sottile che si muove in reazione alla variazione della pressione sonora esterna. Il diaframma di un microfono è un componente chiave del trasduttore per convertire l’energia acustica in energia elettrica. I tre principali tipi di diaframma sono a bobina mobile, a nastro e a condensatore.

C’è molto da discutere quando si parla di diaframmi microfonici. Questo articolo entrerà in dettaglio sui tipi di diaframma popolari e le considerazioni che prendiamo quando si tratta di diaframmi del microfono!

Che cos’è un diaframma del microfono?

Come detto, un diaframma del microfono è una membrana sottile che si muove in reazione alla variazione di pressione sonora (onde sonore). Il diaframma è un ingrediente critico nella ricetta del microfono. Infatti, senza un diaframma mobile, un microfono non sarebbe in grado di fare il suo lavoro come trasduttore. Il movimento coincidente del diaframma con la pressione sonora è il primo passo per cambiare l’energia acustica in energia elettrica.

Siccome il diaframma di un microfono è così sottile, lo si osserva come se avesse solo due lati. Il movimento del diaframma è basato sulla differenza di pressione sonora tra i suoi due lati.

Il diaframma del microfono è parte di un’unità più grande all’interno dei microfoni chiamata capsula. Il design della capsula è della massima importanza nelle prestazioni del microfono. La capsula è, in definitiva, l’elemento trasduttore in qualsiasi microfono.

Per una lettura approfondita sulle capsule del microfono, controlla il mio articolo Che cosa è una capsula del microfono? (Più le 3 capsule più popolari).

La disposizione della capsula e del diaframma costituisce gran parte del suono caratteristico di un microfono. Risposta in frequenza, sensibilità e schema polare sono alcune delle caratteristiche fortemente determinate dal design della capsula e del diaframma.

Ci sono 3 tipi principali di diaframmi di microfono:

1. Diaframma a bobina mobile (dinamico)
2. Diaframma a nastro (dinamico)
3. Diaframma a piastra frontale (condensatore)

Come si muove un diaframma?

I diaframmi dei microfoni sono estremamente sottili (alcuni meno di 5 micron). Questa sottigliezza li rende molto sensibili alla vibrazione delle molecole d’aria nelle loro immediate vicinanze. Il “bombardamento” di molecole d’aria vibranti sul diaframma di un microfono lo fa muovere. A sua volta, questo movimento meccanico in entrata e in uscita dalla posizione di riposo è convertito in una tensione elettrica AC (segnale audio).

Il diaframma di un microfono si muove secondo la differenza di pressione sonora tra i suoi due lati. Se un lato è “bombardato” da molecole d’aria più dell’altro, quel lato sarà spinto verso l’interno. Se entrambi i lati sono soggetti a una quantità uguale di pressione, il diaframma rimarrà fermo.

Un altro modo per spiegare il movimento del diaframma è guardare una semplice onda sinusoidale. In un’onda sinusoidale, abbiamo punti nulli, picchi e avvallamenti.

Quando l’onda sinusoidale viaggia attraverso l’aria, influenza le molecole d’aria che attraversa. Lo stesso accade quando l’onda sonora raggiunge il diaframma.

• Nei suoi picchi, l’onda sinusoidale provoca la massima compressione sul diaframma, spingendo il diaframma in dentro.
• Al suo minimo, l’onda sinusoidale provoca la massima rarefazione sul diaframma, tirando il diaframma fuori.
• E nei punti nulli, la sinusoide non fa muovere il diaframma.

Le onde sonore viaggiano a 343 m/s e sono infinitamente più complesse di una semplice sinusoide. Come potete immaginare, esse fanno vibrare rapidamente il diaframma in risposta alla variazione esterna della pressione sonora!

I diaframmi dei microfoni sono progettati per muoversi in accordo con la variazione della pressione sonora in modo che possano produrre un segnale audio che sia una rappresentazione accurata del suono che avviene intorno al microfono.

Relazione tra microfono, altoparlante e diaframmi toracici

I paragoni sono talvolta utili nella spiegazione delle cose. Probabilmente abbiamo tutti familiarità con il diaframma di un altoparlante, e sicuramente abbiamo dei diaframmi toracici nel nostro corpo. Il diaframma del microfono è simile a questi due diaframmi! Lasciatemi spiegare.

Il diaframma dell’altoparlante

Gli altoparlanti, come i microfoni, sono trasduttori. I microfoni convertono l’energia delle onde meccaniche (suono) in energia elettrica (segnale audio). Gli altoparlanti, al contrario, convertono l’energia elettrica (segnale audio) in energia meccanica (suono).

Gli altoparlanti lavorano sul principio dell’induzione elettromagnetica, lo stesso principio che governa i microfoni dinamici (di cui parleremo più avanti in questo articolo). Un segnale audio sotto forma di tensione AC viene inviato all’altoparlante. Questo segnale viaggia attraverso una bobina conduttiva fissa di filo che circonda un magnete. L’elettricità che scorre attraverso il filo conduttore fa muovere il magnete attraverso il principio dell’induzione elettromagnetica. Poiché l’audio è in corrente alternata, il magnete si muove avanti e indietro. Questo magnete è attaccato a un diaframma.

Il diaframma di un altoparlante si muove insieme al magnete a cui è attaccato. Mentre il diaframma vibra, spinge e tira l’aria intorno ad esso, proiettando le onde sonore attraverso lo spazio.

Un microfono dinamico funziona nel modo opposto di un altoparlante. Se dovessimo cablare un altoparlante al contrario, il diaframma sarebbe essenzialmente un diaframma del microfono! Anche se, poiché i diaframmi degli altoparlanti sono tipicamente più spessi, più larghi e più pesanti dei diaframmi dei microfoni professionali, non sarebbero altrettanto sensibili. Questo si tradurrebbe in un suono ovattato.

Per imparare come collegare un altoparlante in modo che diventi un microfono, controlla il mio articolo Come trasformare un altoparlante in un microfono in 2 semplici passi.

Il diaframma toracico

Il diaframma toracico è un sottile foglio di muscolo scheletrico nell’uomo e in altri mammiferi.

Nel caso di questo diaframma biologico, è il muscolo diaframma stesso che si contrae ed espande. Il diaframma toracico gioca un ruolo fondamentale nella respirazione. Quando il muscolo diaframma si contrae, aiuta ad attirare l’aria nei polmoni. Quando il diaframma si rilassa, spinge l’aria fuori dai polmoni.

La respirazione avviene ad un ritmo molto più lento delle vibrazioni dell’aria. Tuttavia, l’idea del diaframma che muove l’aria è la stessa.

Ricordiamo rapidamente i tre diaframmi menzionati:

• Il diaframma toracico si contrae e si espande, muovendo l’aria dentro e fuori i polmoni.
• Il diaframma dell’altoparlante è attaccato ad un magnete e si muove secondo una tensione alternata applicata per mezzo dell’induzione elettromagnetica.
• Il diaframma del microfono si muove secondo la variazione della pressione sonora intorno ad esso.

Principio acustico: Pressione Contro Pressione-Gradiente

Anche se non è una caratteristica del diaframma stesso, vale la pena menzionare il design della capsula e come altera il modo in cui il suono interagisce con il diaframma.

Ci sono due tipi fondamentali di schemi polari:

1. Omnidirezionale – che funziona sul principio della pressione.
2. Bidirezionale – che funziona sul principio della pressione-gradiente.

Un design della capsula può esporre il suo diaframma basato su uno di questi principi o su una loro combinazione. Le combinazioni danno origine ai modelli polari di tipo cardioide.

Principio della pressione

Il principio della pressione ha un lato del diaframma aperto alla pressione sonora esterna. L’altro lato è chiuso ad una pressione fissa.

Sappiamo che il movimento del diaframma è dovuto alla differenza di pressione tra i suoi lati anteriore e posteriore. Poiché solo un lato del diaframma è esposto alle vibrazioni sonore, il diaframma reagirà abbastanza bene allo stesso modo al suono proveniente da tutte le direzioni. Da qui il modello polare omnidirezionale!

Per maggiori informazioni sul modello polare omnidirezionale, controlla il mio articolo Cos’è un microfono omnidirezionale? (Schema Polare + Esempi di Microfoni).

Principio del Gradiente di Pressione

Il principio del gradiente di pressione ha entrambi i lati del diaframma aperti alla pressione sonora esterna.

Le onde sonore provenienti direttamente dalla parte anteriore del diaframma colpiscono la parte anteriore prima e la parte posteriore qualche tempo dopo. Questa differenza di fase causa una piccola differenza di pressione, causando il movimento del diaframma. Le onde sonore provenienti direttamente dalla parte posteriore del diaframma lavorano in modo opposto.

Le onde sonore provenienti direttamente dal lato del diaframma colpiscono sia la parte anteriore che quella posteriore contemporaneamente, non causando alcuna differenza di pressione e quindi nessun movimento del diaframma!

Quindi, il principio della pressione-gradiente produce un modello polare bidirezionale o “figura-8”. Il microfono è sensibile al suono proveniente dalla parte anteriore e posteriore, mentre respinge il suono dai lati.

Per ulteriori informazioni sul modello polare bidirezionale, controlla il mio articolo Che cosa è un microfono bidirezionale/figura-8? (Con esempi di microfoni).

Combinazione di pressione & pressione-radiente

Spesso le capsule sono progettate in modo da combinare entrambi questi principi.

Il modello polare del microfono più popolare è il modello cardioide. Questo è fondamentalmente un rapporto 1:1 tra i principi della pressione e del gradiente di pressione.

Riducendo il percorso del suono che raggiunge la parte posteriore del diaframma, i produttori accedono abilmente alle combinazioni di entrambi i principi. Manipolando la quantità di vibrazione dell’aria su ogni lato del diaframma risultati in una varietà di modelli polari!

Per saperne di più sul modello polare cardioide e tutti gli altri modelli polari microfono, controlla i miei articoli Che cosa è un microfono cardioide? (Schema polare + esempi di microfono) e La guida completa agli schemi polari dei microfoni, rispettivamente.

Faccia del diaframma: Top-Address Versus Side-Address

Un altro punto da fare sui diaframmi e le loro capsule è come indirizzarli. In altre parole, in quali direzioni puntano i diaframmi del microfono?

I due tipi di indirizzo più comuni sono top-address e side-address.

Top-Address

Shure è presente nei seguenti articoli di My New Microphone:
– Le migliori marche di microfoni che dovresti conoscere e usare
– Le migliori marche di auricolari e auricolari al mondo
– Le migliori marche di cuffie al mondo

I microfoni top-address hanno il diaframma “rivolto” verso la parte superiore del microfono. Tipicamente il microfono sembrerà come se puntasse nella direzione in cui è più sensibile.

Tipicamente i microfoni top address sono limitati a modelli polari di tipo omnidirezionale e cardioide poiché è praticamente impossibile avere entrambi i lati del diaframma uniformemente esposti alla pressione sonora.

Esempi comuni di microfoni top address sono lo Shure SM57 e SM58, così come il Neumann KM 184 (con link per controllare i loro prezzi su Amazon).

Side-Address

Neumann è presente nei seguenti articoli My New Microphone:
– Top Best Microphone Brands You Should Know And Use
– Top Best Studio Monitor Brands You Should Know And Use

I microfoni side-address sono progettati con i diaframmi rivolti “verso il lato”.” La “parte anteriore” e “posteriore” del diaframma punta ai lati dei microfoni, rendendo il microfono più sensibile al suono dalle direzioni laterali.

Con i microfoni side-address, tutti i modelli polari sono relativamente facili da ottenere. Questa configurazione consente anche di progettare due diaframmi back-to-back per creare un microfono multi-pattern variabile.

Esempi comuni di microfoni side-address sono il Neumann U87, Rode NT1-A, e l’AKG C414 (con link per controllare i loro prezzi su Amazon). L’U87 e il C414 sono microfoni multi-pattern.

Il diaframma a bobina mobile

Il diaframma a bobina mobile è in realtà fatto di due parti separate: il diaframma stesso e la bobina mobile. Tuttavia, dato che sono attaccati l’uno all’altro, è utile pensare a loro come un unico pezzo mobile. I diaframmi a bobina mobile si trovano nei microfoni dinamici a bobina mobile.

La combinazione di diaframma/bobina mobile vibra in reazione alle onde sonore esterne. Il diaframma è responsabile di essere abbastanza sensibile da captare la variazione di pressione dell’aria tra i suoi due lati. La bobina conduttiva è responsabile della conversione di questa vibrazione in un segnale audio. Il diaframma a bobina mobile e la capsula agiscono come un trasduttore sul principio dell’induzione elettromagnetica.

I diaframmi a bobina mobile sono quasi tutti di forma circolare e sono tesi strettamente intorno a un anello fisso nella capsula del microfono. La tensione è un fattore cruciale nella sensibilità del diaframma alle onde sonore in arrivo.

In un design tipico, la bobina è circa la metà del diametro del diaframma. La connessione di questi due elementi crea un piccolo avvallamento o corrugamento nel diaframma. Pertanto, il diaframma non è perfettamente piatto. Il diaframma può anche avere minuscole fessure a foglia tagliate e corrugamenti extra per migliorare le sue prestazioni fissando problemi inerenti al diaframma e alla struttura della capsula.

Materiale

La “moving-coil” (spesso chiamata bobina mobile) è tipicamente fatta da un sottile filo di rame arrotolato in una forma cilindrica cava. Ci sono magneti su entrambi i lati della bobina mobile per consentire la massima induzione elettromagnetica.

Il diaframma stesso non ha bisogno di essere elettricamente conduttivo a tutti. Il materiale tipico usato per fare il diaframma è una pellicola di poliestere (Mylar è un nome comune della marca). Questa pellicola di poliestere (foglio di plastica) è sottile e abbastanza forte da fungere da materiale efficace per il diaframma!

Quindi la bobina è attaccata al diaframma e quindi si muove con esso. Questo peso aggiunto fa un po’ di cose sulle caratteristiche generali del diaframma. Il peso e la forma dei microfoni dinamici a bobina mobile danno generalmente origine alle seguenti caratteristiche:

• Riduzione della sensibilità nella gamma delle alte frequenze.
• Una frequenza di risonanza nella gamma udibile dell’udito umano.
• Una risposta transitoria più lenta rispetto ai diaframmi a condensatore e a nastro.

Per maggiori informazioni sui microfoni dinamici a bobina mobile, controlla i miei articoli Cos’è la bobina mobile di un microfono e Microfoni dinamici a bobina mobile: The In-Depth Guide.

Il diaframma a nastro

Il diaframma a nastro è forse il tipo di diaframma più interessante. I diaframmi a nastro sono lunghi, sottili, rettangolari che sono attaccati alla loro capsula/baffle solo su entrambi i lati della loro lunghezza. Sono più spesso ondulati invece che perfettamente piatti e sono sotto tensione relativamente bassa rispetto ai diaframmi a bobina mobile e a condensatore.

I microfoni a nastro sono anche considerati dinamici. Proprio come i microfoni a bobina mobile, i microfoni a nastro funzionano sul principio dell’elettromagnetismo. Tuttavia, invece di avere un diaframma separato e un pezzo conduttivo fuso insieme, il nastro agisce come entrambi questi elementi contemporaneamente. Il nastro si muove in reazione alla differenza di pressione sonora tra il suo lato posteriore e quello anteriore. I magneti sono posizionati intorno al perimetro del nastro, così quando il diaframma si muove, l’induzione elettromagnetica genera un segnale audio!

Materiale

I diaframmi del nastro devono essere conduttivi ed estremamente sottili (in genere meno di 5 micron). L’alluminio è ottimo per soddisfare entrambe queste esigenze. Il foglio di alluminio ondulato costituisce molti dei diaframmi dei microfoni a nastro sul mercato. Alcuni produttori utilizzano polimeri plastici più forti come base del nastro e li rivestono di alluminio conduttivo. Altre volte, troverete un foglio di alluminio coperto da un sottile strato d’oro. Lo strato d’oro aiuta a prevenire l’ossidazione del nastro mentre l’oro stesso è un conduttore migliore dell’alluminio (solo non così forte).

Fragilità

Un diaframma a nastro è fragile. Le raffiche di vento e il movimento d’aria associato alla grancassa e persino le plosivi vocali hanno il potenziale di allungare il diaframma, causando danni permanenti. L’alimentazione fantasma, se inviata attraverso cavi o connessioni sbagliate, ha anche il potenziale di far saltare o allungare il diaframma. Per aggiungere alla lista, i traumi fisici (cadute del microfono) hanno anche un’alta probabilità di danneggiare il diaframma a nastro. Va da sé che la cautela dovrebbe essere esercitata quando si maneggia e si registra con i microfoni a nastro. La buona notizia è che spesso la riparazione richiede solo un “re-ribbonamento” del microfono. La cattiva notizia è il prezzo di una riparazione può correre verso l’alto di $ 350.

Per natura, i microfoni a nastro sono impostati come side-address e hanno modelli polari bidirezionali. A causa del modello bidirezionale (figura-8), mostrano anche le maggiori quantità di effetto di prossimità.

Per una lettura approfondita sull’effetto di prossimità del microfono, controllare il mio articolo Guida approfondita all’effetto di prossimità del microfono.

Le caratteristiche di un diaframma a nastro danno i microfoni a nastro le seguenti qualità (in generale):

• La bassa tensione del diaframma produce una frequenza di risonanza ben al di sotto della gamma udibile di udito umano.
• La sottigliezza del diaframma dà un’accurata risposta transitoria.
• Forma generale e principio trasduttore dà un dolce, naturale roll-off di alte frequenze.

Per ulteriori informazioni sui microfoni a nastro dinamico, controllare il mio articolo Microfoni a nastro dinamico: The In-Depth Guide.

Il diaframma del condensatore

È più facile spiegare il diaframma di un microfono a condensatore insieme al suo design completo della capsula.

Le capsule a condensatore sono fondamentalmente condensatori (condensatore era il termine per condensatore). Ci sono due piastre parallele distanziate l’una dall’altra a forma di condensatore. Nel caso di un microfono a condensatore, queste due piastre parallele sono:

1. Una piastra posteriore fissa e solida.
2. Una piastra anteriore mobile, detta diaframma!

I condensatori sono progettati per mantenere una carica (Q) quando vengono alimentati con una tensione. La tensione continua è più spesso fornita attraverso l’alimentazione fantasma (nel caso di microfoni a condensatore vero) o è permanentemente tenuta in materiale electret nelle piastre (nel caso di microfoni a condensatore electret). La carica (Q), in un design ideale, rimane costante.

Il segnale audio (tensione AC) in uscita dal condensatore si misura con la formula V = Q / C

Siccome (Q) è costante, il segnale audio (V) è inversamente proporzionale alla capacità (C). Quindi parliamo della capacità.

La capacità è la capacità del condensatore di immagazzinare una carica elettrica. La capacità delle capsule a condensatore dipende dall’area delle piastre, dall’isolante tra le piastre (aria) e dalla distanza tra le piastre. Di questi tre fattori, la distanza tra le piastre è l’unica variabile!

Quando il diaframma del condensatore vibra, la distanza tra le due piastre cambia, con conseguente variazione della tensione CA (segnale audio)!

Materiale

La piastra posteriore di un vero condensatore è tipicamente fatta di leghe di metallo solido come l’ottone. La piastra del diaframma è spesso fatta di mylar spruzzato d’oro o di un foglio di alluminio eccezionalmente sottile.

I condensatori a elettrete sono tipicamente fatti dello stesso materiale, solo con un rivestimento a elettrete sopra una delle loro piastre. “Back electrets” sono i più efficienti e hanno un sottile strato di materiale electret sulle loro piastre posteriori. I materiali dell’elettrete possono essere qualsiasi materiale dielettrico, tra cui plastica o cera.

Una differenziazione comune dei microfoni a condensatore è in base alle dimensioni del diaframma. Ci sono fondamentalmente due campi: condensatori a diaframma piccolo e condensatori a diaframma grande. Discutiamo entrambi in modo più dettagliato.

Condensatori a piccolo diaframma

I piccoli diaframmi a condensatore sono in genere meno di 1 pollice di diametro, anche se questa è solo una generalizzazione.

I condensatori a piccolo diaframma (SDC) sono solitamente costruiti in un design “pencil mic”, cioè sono microfoni top-address. Per questo motivo, in genere non troverete microfoni bidirezionali o multidirezionali a diaframma piccolo.

Un diaframma più piccolo di solito significa massa inferiore. Questo si traduce in una maggiore precisione della risposta transitoria e in una risposta estesa alle alte frequenze. Perché il diaframma è più piccolo, la capsula può anche essere progettato più piccolo, consentendo una risposta polare più coerente.

I contro di piccoli diaframmi sono valutazioni di sensibilità inferiore e, quindi, più poveri rapporti segnale-rumore. Il segnale di uscita della capsula a condensatore è proporzionale alla distanza tra il diaframma e il backplate. I diaframmi più piccoli non si muovono sulla stessa distanza dei diaframmi grandi (per visualizzarlo, mi piace pensare a piccoli e grandi trampolini). Poiché la sensibilità è inferiore, l’auto-rumore dell’elettronica del microfono è più pronunciato in SDC che in LDC con segnali dello stesso livello.

Condensatori a diaframma grande

I diaframmi dei condensatori più grandi sono in genere 1 pollice o più di diametro, anche se questa è solo una generalizzazione.

I condensatori a diaframma grande (LDC) sono solitamente costruiti come microfoni ad indirizzo laterale. Questo permette la progettazione di qualsiasi schema polare nella capsula del microfono. È anche possibile creare microfoni multi-pattern progettando una capsula con diaframmi multipli.

Le grandi dimensioni del diaframma significa una maggiore massa. Gli LDC hanno basse frequenze di risonanza, creando tipicamente una spinta nella gamma di frequenze basse. La dimensione più grande del diaframma significa anche il suo spostamento quando sottoposto a onde sonore è più rispetto alle controparti SDC. Una gamma più grande di spostamento del diaframma significa un segnale audio più forte, quindi gli LDC sono più sensibili degli SDC. Un’uscita più forte quando soggetto allo stesso livello di pressione sonora dà condensatori a diaframma grande un migliore rapporto segnale-rumore.

Uno svantaggio di LDC e microfoni ad indirizzo laterale è che le loro griglie di grandi dimensioni permettono a brevi lunghezze d’onda di rimbalzare all’interno del rivestimento della griglia. Se non adeguatamente smorzato, queste frequenze creerà una risposta in frequenza erratica high-end.

Ci sono alcuni altri lati negativi di grandi diaframmi. Le dimensioni e la massa degli LDC li rendono meno reattivi alle frequenze alte. Il maggiore spostamento che aumenta la sensibilità in realtà ostacola la precisione della risposta ai transienti del grande diaframma. Infine, le capsule devono essere più grandi per ospitare diaframmi più grandi. Gli LDC tendono ad avere meno coerenza nei loro modelli polari attraverso le loro risposte in frequenza rispetto agli SDC.

Un’altra nota interessante su LDC è che alcuni diaframmi sono edge-terminated mentre altri sono center-terminated. Edge-terminated significa che il segnale audio è preso dal bordo della capsula e quindi il diaframma è un pezzo unico. I diaframmi con terminazione centrale hanno gli elettrodi al centro del diaframma. In teoria, i diaframmi con terminazione centrale hanno meno frequenze di risonanza, il che significa che le loro risposte in frequenza sono meno irregolari. Anche se i progetti con terminazione centrale sono un po’ più complessi.

Riassumiamo le generalità tra condensatori a diaframma piccolo (SDC) e condensatori a diaframma grande (LDC):

• Gli SDC sono meno sensibili degli LDC
• Gli SDC hanno un rapporto segnale/rumore peggiore degli LDC
• Gli SDC hanno risposte alle alte frequenze più forti degli LDC
• Gli SDC hanno risposte alle bassepiù deboli delle LDC
• Le SDC hanno risposte ai transienti più accurate delle LDC
• Le SDC hanno modelli polari più coerenti delle LDC

Per un resoconto dettagliato delle differenze tra SDC e LDC, controlla il mio articolo Large-Diaphragm Vs. Small-Diaphragm Condenser Microphones.

Le caratteristiche generali di un diaframma a condensatore danno i microfoni a condensatore le seguenti qualità:

• Il peso leggero del diaframma produce una risposta brillante in alta frequenza.
• La tensione e la sottigliezza del diaframma dare una risposta accurata transiente.
• La forma generale e principio trasduttore dà un dolce, naturale roll-off di alte frequenze.

Fattori di prestazione del diaframma

Discutiamo i principali fattori che influenzano la prestazione di un diaframma:

• Massa del diaframma
• Forma e dimensione del diaframma
• Tensione del diaframma
• Materiale del diaframma
• Conduttività del diaframma

La massa del diaframma

La massa del diaframma gioca un ruolo importante nel determinare la frequenza e la risposta transitoria. Entrambi sono caratteristiche critiche di un microfono.

A parità di condizioni, più pesante è un diaframma, più bassa è la sua frequenza di risonanza. Le frequenze di risonanza offrono una spinta nella risposta in frequenza di un diaframma. I diaframmi più pesanti soffrono anche di una mancanza di chiarezza nelle alte frequenze. Ciò è dovuto all’inerzia e alla difficoltà che le onde sonore ad alta frequenza sperimentano nel superare l’inerzia.

La maggiore inerzia che viene con masse più grandi colpisce anche la risposta transitoria del diaframma. Più il diaframma è pesante, più resisterà al movimento. Questa resistenza contro le onde sonore esterne peggiora la precisione della risposta transitoria del microfono.

La forma e la dimensione del diaframma

La forma e la dimensione del diaframma influenzano la risposta in frequenza e la sensibilità del microfono.

La maggior parte dei diaframmi dei microfoni sono di forma circolare. Questo è vero praticamente per tutti i diaframmi a bobina mobile e condensatore. I diaframmi a nastro hanno la forma di lunghe strisce di nastro.

Nei diaframmi circolari, il diametro si riferisce a specifiche frequenze di risonanza. Queste frequenze di risonanza hanno una lunghezza d’onda pari a multipli e frazioni della lunghezza del diametro. È più facile visualizzare queste frequenze di risonanza lungo il diametro del diaframma come se fossero onde stazionarie in una stanza. Le lunghezze d’onda che rientrano nei limiti di diametro del perimetro del diaframma interferiscono costruttivamente o distruttivamente con se stesse. L’interferenza costruttiva e distruttiva ha effetti sulla sensibilità specifica della frequenza in modo positivo e negativo, rispettivamente.

La dimensione del diaframma circolare aiuta anche a determinare la sensibilità del microfono. A parità di condizioni, più grande è il diaframma, più distanza può essere spostato dalla posizione di riposo (si pensi a un piccolo vs grande trampolino). Maggiore è il movimento del diaframma, maggiore è il segnale audio in uscita dalla capsula!

La forma del diaframma a nastro è quella di un rettangolo lungo e sottile piuttosto che un cerchio. Questa striscia del diaframma è anche corrugata e sotto molta meno tensione rispetto alle sue controparti circolari.

La forma non circolare combinata con la corrugazione rende così microfoni a nastro hanno frequenze di risonanza molto pochi. E quelle frequenze che risuonano, lo fanno debolmente. Questo rende una risposta in frequenza più liscia!

La tensione del diaframma

La tensione del diaframma influenza la risposta in frequenza e la sensibilità di un microfono.

La migliore analogia per spiegare la tensione del microfono è un rullante. Quando si accorda un rullante, aumentando la tensione della testa del tamburo (membrana) si aumentano le frequenze fondamentali e risonanti del tamburo. Lo stesso vale per la membrana del diaframma di un microfono (anche se non li colpiamo con le bacchette)!

Tutto il resto rimane uguale, l’aumento della tensione aumenta le frequenze di risonanza di un diaframma. La tensione nei diaframmi circolari produce tipicamente una frequenza di risonanza nella gamma di frequenze basse o sub-basse. I diaframmi a nastro sono tipicamente sotto una quantità di tensione così bassa che la loro frequenza di risonanza fondamentale è al di sotto della gamma udibile dell’udito umano!

La tensione del diaframma influenza anche la sensibilità di un microfono. Più stretto è un diaframma è tirato, meno spostamento sperimenterà ad un dato livello di pressione sonora.

Il materiale del diaframma

Il materiale del diaframma gioca un ruolo critico nel determinare la risposta complessiva di un diaframma al suono.

I diaframmi devono essere sottili, mobili e, per lo più, conduttivi. Il materiale usato nella fabbricazione dei diaframmi deve avere un’alta resistenza alla trazione ed essere in grado di reagire accuratamente alla variazione della pressione sonora. Questo riduce il numero di opzioni praticabili per il materiale del diaframma.

La pellicola di poliestere (Mylar è un nome comune della marca) è un materiale efficace. Anche se il Mylar non è conduttivo, è abbastanza forte e flessibile per eccellere come materiale del diaframma. I diaframmi a bobina mobile sono spesso fatti esclusivamente di film di poliestere, poiché non è richiesto che siano conduttivi. I diaframmi dei microfoni a condensatore sono spesso fatti di pellicola di poliestere ricoperta d’oro per aggiungere un elemento conduttivo a questo materiale.

Il foglio di alluminio è un altro materiale usato frequentemente nella costruzione dei diaframmi. L’alluminio è sia forte che conduttivo e si presenta più spesso nel diaframma a nastro.

La conducibilità del diaframma

Come nota extra sul materiale del diaframma, la conducibilità è di importanza critica per la funzionalità di un microfono. La conduttività del diaframma/capsula è direttamente proporzionale all’efficacia del microfono come trasduttore.

Alluminio, oro e rame sono i tre materiali conduttivi più comuni usati nei diaframmi dei microfoni.

I diaframmi a bobina mobile non devono essere conduttivi. Tuttavia, la bobina collegata deve esserlo. Il rame è il materiale usato in questo caso.

I diaframmi a nastro sono tipicamente fatti di fogli di alluminio. Avranno almeno un rivestimento di alluminio o di oro se non sono fatti di fogli di alluminio.

I diaframmi del condensatore sono solitamente fatti di pellicola di poliestere con oro o materiale electret posato sopra per ragioni di conduttività.

Domande correlate

I microfoni USB hanno lo stesso tipo di diaframmi dei microfoni XLR? Sì. Non esiste uno speciale “diaframma per microfoni USB”. Le capsule e i diaframmi dei microfoni USB sono costruiti proprio come quelli dei microfoni XLR. I disegni comuni di diaframma/capsula USB sono lo stile a bobina mobile, a nastro e a condensatore. Il diaframma non ha nulla a che fare con la conversione del segnale audio in dati digitali.

Un microfono ha bisogno di un diaframma? Tutti i microfoni pratici hanno bisogno di diaframmi per agire efficacemente come trasduttori. Tuttavia, ci sono microfoni sperimentali progettati senza diaframmi. Il microfono laser proietta un laser attraverso un flusso di fumo esposto. Un sensore laser rileva le variazioni nel fumo ed emette un segnale audio.