Cosa misurano i microfoni e come misurano?

Nel tuo studio sui microfoni, potresti esserti imbattuto in «microfoni di misurazione». Tuttavia, tutti i microfoni sono effettivamente strumenti di misura.

Cosa misurano i microfoni e come lo misurano? I microfoni essenzialmente misurano le variazioni di pressione sonora attorno ai loro diaframmi su una gamma di frequenze. Poiché le onde sonore causano pressioni variabili attorno al diaframma del microfono, il microfono produce un segnale elettrico del microfono corrispondente.

In questo articolo, discuteremo le variazioni di pressione sonora che i microfoni sono progettati per misurare e come lo fanno.

I microfoni misurano le variazioni di pressione sonora

I microfoni sono trasduttori che convertono le onde sonore(energia delle onde meccaniche) in segnali audio(energia elettrica).

In altre parole, i microfoni misurano le onde sonore(note anche come pressione sonora o energia dell’onda meccanica). I microfoni lo fanno con un elemento trasduttore che funziona con un diaframma mobile.

Quando le onde sonore colpiscono il diaframma e lo attraversano, provocano diverse quantità di pressione su uno o entrambi i lati del microfono.

La differenza di pressione tra i lati anteriore e posteriore del diaframma del microfono ne provoca il movimento e il microfono produce un segnale elettrico del microfono(tensione CA).

Se un microfono fosse in una camera anecoica(o in qualsiasi altro ambiente silenzioso), ci sarebbe comunque pressione su entrambi i lati del suo diaframma. Questa pressione ambiente, tuttavia, sarebbe uguale e costante su entrambi i lati. Pertanto, il diaframma del microfono non si muoverebbe e non ci sarebbe alcun segnale del microfono.

Come esperimento mentale, se un microfono fosse nel vuoto, ci sarebbe anche la stessa pressione su entrambi i lati del diaframma(sebbene una pressione molto inferiore a quella atmosferica). Il suono richiede un mezzo per viaggiare e quindi il microfono non sarebbe in grado di misurare nulla.

Pertanto, i microfoni misurano la pressione sonora nel mezzo attorno ai loro diaframmi.

Cos’è la pressione sonora?

La pressione sonora, come abbiamo accennato, è una deviazione dalla pressione ambiente.

La pressione sonora(o «pressione acustica») è causata da un’onda sonora e fa variare la pressione ambiente al di sopra e al di sotto del suo set point. La variazione della pressione sonora è generalmente molto piccola rispetto alla pressione ambiente.

La deviazione della pressione ambiente causata da un’onda sonora viene generalmente misurata in decibel del livello di pressione sonora(dB SPL) o Pascal(Pa).

Cos’è un decibel?

Che cos’è un decibel(dB) e cos’è un dB SPL?

Un decibel è un’unità di misura relativa lungo una scala logaritmica.

Dalle equazioni di cui sopra, vediamo che 0 dB SPL è il limite inferiore dell’udito umano. A 0 dB SPL, la maggior parte delle persone non sente nulla.

Il limite massimo teorico della pressione sonora sarebbe un’onda di pressione che devia tutta la pressione ambiente, provocando un vuoto nella valle dell’onda e il doppio della pressione ambiente al suo picco. A pressione atmosferica standard(101.325 KPa), ciò equivarrebbe a 194 dB SPL.

Un normale microfono può avvicinarsi alla misurazione dei decibel del livello di pressione sonora.

Cosa sono i pascal?

Un pascal è un’unità SI della pressione.

1 Pascal è pari a 1 Newton per metro quadrato.

A differenza di dB SPL, i Pascal sono lineari.

Un livello di pressione sonora comune utilizzato per testare i microfoni è 1 Pascal o 94 dB SPL.

1 Pascal = 94dB SPL

Utilizzo della sensibilità del microfono per stimare la pressione sonora

La sensibilità del microfono è una specifica che mette in relazione la potenza del segnale di uscita del microfono con il dB SPL a cui è soggetto il microfono.

Tipicamente, la valutazione della sensibilità di un microfono è data come potenza del segnale in millivolt(mV) o decibel relativa a 1 volt(dBV) a un tono SPL di 1 kHz 94 dB.

Questa misurazione specifica ci dà una buona idea di come un microfono reagirà alla pressione sonora, ma non fornisce necessariamente una base ideale per misurare la pressione sonora.

In primo luogo, un microfono è soggetto a suoni attraverso lo spettro udibile(20 Hz – 20.000 Hz) insieme a infrasuoni(<20 Hz) e ultrasuoni(>20.000 Hz). Sebbene sappiamo come risponderà il microfono a un tono di 1 kHz, non possiamo aspettarci che il microfono si comporti allo stesso modo a tutte le altre frequenze.

In secondo luogo, i microfoni sono solitamente collegati a un preamplificatore microfonico, che fornisce guadagno al segnale del nostro microfono per portarlo al livello di linea. Tuttavia, i preamplificatori non ci dicono esplicitamente la tensione del segnale del microfono ai loro ingressi.

Pertanto, non è davvero facile ottenere una lettura accurata della misurazione della pressione sonora con un microfono.

Quindi per misurare dB SPL con un microfono, avremmo bisogno di un voltmetro all’uscita del microfono. Ma avremmo ancora il problema di fare affidamento su un indice di sensibilità a una frequenza specifica.

Quindi, anche se i microfoni misurano la pressione sonora, non sono gli strumenti migliori per misurare dB SPL. Questo si riduce al termine generico «colorazione».

colore del microfono

La colorazione del microfono è un termine ampio per descrivere le differenze tra le onde sonore sul diaframma del microfono e il modo in cui il microfono converte quelle onde sonore in segnali elettrici.

In altre parole, la colorazione del microfono influenza il modo in cui un microfono misura la pressione sonora attorno ad esso. Più un microfono è «colorato», meno preciso è nel misurare le vere onde sonore che lo circondano.

Un microfono perfettamente incolore converte perfettamente un’onda sonora in un segnale elettrico. Un altoparlante perfettamente incolore potrebbe ricreare questo segnale elettrico come una perfetta ricreazione dell’onda sonora originale. Naturalmente, queste sono idealità che non si verificano mai nel mondo reale.

Un microfono incolore deve avere almeno:

• Risposta in frequenza piatta(uguale sensibilità in tutto lo spettro di frequenza udibile).
• Schema polare omnidirezionale(uguale sensibilità ai suoni provenienti da tutte le direzioni).

Queste sono anche idealità che non possono essere raggiunte nel mondo reale.

Ci sono molti fattori che influenzano la colorazione di un microfono. I fattori principali includono:

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• Componenti fisiche(,, corpo, ecc.).
• Circuito interno.

E i microfoni di misurazione?

Oltre a misurare la pressione sonora, i microfoni di misurazione vengono utilizzati per misurare il rumore ambientale e le proprietà acustiche generali di uno spazio.

I microfoni di misurazione calibrati vengono utilizzati anche per testare gli altoparlanti.

I microfoni di misurazione funzionano secondo gli stessi principi degli altri microfoni. La stragrande maggioranza dei microfoni di misurazione sono condensatori. I microfoni di misurazione, tuttavia, sono molto più precisi con risposte in frequenza piatte e sensibilità calibrata.

Per utilizzare correttamente i microfoni di misurazione, devono essere calibrati correttamente. Con una corretta calibrazione, conosciamo la sensibilità del microfono(in volt per pascal) per tutta la sua risposta in frequenza.

Con sensibilità nota, i segnali dei microfoni di misura vengono inviati attraverso sistemi di analisi audio che ci consentono di misurare la pressione sonora e l’acustica della stanza.

Misurazione dB SPL con misuratore di decibel

Se vogliamo davvero misurare dB SPL in modo semplice e preciso, potremmo utilizzare un misuratore di decibel compatto.

Un misuratore di decibel(noto anche come misuratore di pressione sonora) misura il livello di pressione sonora nella tua posizione. Lo fa con un microfono!

Il microfono di un misuratore di decibel, come qualsiasi altro microfono, ha un diaframma che si muove in base alla variazione della pressione sonora attorno ad esso. Questo movimento del diaframma provoca un segnale elettrico AC.

Tuttavia, invece di emettere questo segnale(come un normale microfono), il misuratore di decibel converte accuratamente il segnale elettrico in un valore del livello di pressione sonora, che viene poi visualizzato in dB SPL.

Ci sono molti misuratori di decibel sul mercato. Amazon ha una vasta selezione, dai misuratori di decibel economici a quelli di fascia alta. Condividerò i link per verificare i prezzi dei misuratori da 4 decibel sopra indicati:

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• CANNA R8050.
• TES 1151.

Domande correlate

Che cos’è un microfono di misurazione? Un microfono di misurazione è appositamente progettato con una risposta piatta e incolore alle onde sonore. Questi microfoni sono per lo più omnidirezionali e sono progettati per essere utilizzati con sistemi di analisi audio per misurare le caratteristiche acustiche di una stanza.

Come vengono calibrati i microfoni? I microfoni vengono in genere calibrati utilizzando la calibrazione reciproca, in cui vengono utilizzati tre microfoni non calibrati per calibrarsi a vicenda. Un metodo secondario include l’abbinamento di un microfono non calibrato con uno calibrato. Le modifiche vengono apportate principalmente alla capsula e ai circuiti per ottenere la calibrazione.