La guida completa e dettagliata ai microfoni a condensatore tubolari

Sebbene le valvole siano state ampiamente sostituite da transistor nella stragrande maggioranza dei circuiti elettrici, sono ancora talvolta utilizzate(e spesso apprezzate) nell’industria audio e nei microfoni. In effetti, molti dei migliori microfoni mai prodotti sono microfoni a condensatore a valvole.

Cos’è un microfono a condensatore tubolare? Un microfono a condensatore a tubo è un trasduttore attivo del microfono che converte il suono(energia dell’onda meccanica) in audio(energia elettrica) attraverso una capsula a condensatore e un’elettronica del tubo a vuoto. I microfoni a tubo sono amati per il loro carattere caldo e l’accurata raccolta del suono e sono ricercati negli studi di tutto il mondo.

In questa guida completa e dettagliata ai microfoni a condensatore a valvole, discuteremo di tutto ciò che devi sapere sui microfoni a valvole e, si spera, risponderemo a qualsiasi domanda tu abbia lungo il percorso!

Cos’è un microfono a condensatore tubolare?

La definizione di condensatore a valvole può essere facile come svelarne il nome: un microfono a condensatore a valvole è semplicemente un microfono a condensatore con elettronica a valvole. È troppo facile però, quindi tuffiamoci in ciascuna di queste descrizioni in modo più dettagliato.

Cos’è un microfono a condensatore?

Un microfono a condensatore è un microfono attivo(richiede alimentazione) che converte il suono in audio attraverso principi elettrostatici e una capsula che funge da condensatore a piastre parallele.

Esistono molti tipi di microfoni a condensatore(compresi i condensatori a valvole). Il componente chiave che rende un microfono un «condensatore» è la capsula, quindi parliamo delle capsule a condensatore qui.

La capsula del condensatore è effettivamente un condensatore a piastre parallele. Una piastra è una membrana mobile(nota come piastra anteriore o diaframma) e l’altra piastra è fissa(nota come piastra posteriore).

La capsula del condensatore deve avere una carica elettrica permanente. Per i microfoni a tubo, questo carico è fornito da un alimentatore esterno. In altri microfoni, il carico può essere alimentato da alimentazione phantom o la capsula può anche essere permanentemente caricata con materiale electret.

Per mantenere la carica fissa necessaria per il corretto funzionamento della capsula, il condensatore deve avere un’impedenza incredibilmente alta in modo che la carica non si esaurisca.

Quando il diaframma si muove avanti e indietro, la capacità della capsula cambia. Quando il condensatore ha una carica fissa, questa variazione di capacità provoca la produzione di una tensione CA(segnale del microfono).

Cosa sono i componenti del tubo elettronico?

L’elettronica del tubo è qualsiasi elettronica che coinvolge un tubo a vuoto(noto anche come valvola, tubo termoionico o tubo elettronico). Un tubo a vuoto è un dispositivo che controlla il flusso di corrente elettrica nel vuoto tra gli elettrodi quando viene applicata una tensione. Il termine «tubo» deriva dal fatto che il dispositivo si presenta come un tubo di vetro o ceramica sigillato.

Nei microfoni a tubo, il tubo di base è un tubo a triodo, il che significa che il tubo ha tre elettrodi diversi. I triodi sono famosi per le loro capacità di amplificazione, come scopriremo presto.

Ricordi che la capsula del microfono a condensatore ha un’impedenza incredibilmente alta ed emette un segnale ad alta impedenza? Bene, il tubo a vuoto viene utilizzato principalmente per ridurre(convertire) questa impedenza del segnale in modo che il segnale del microfono possa essere utilizzato correttamente. Il tubo a vuoto agisce anche per amplificare il livello del segnale.

Il tubo viene riscaldato dall’alimentatore esterno e inizia a emettere corrente elettrica. Questa corrente elettrica è effettivamente modulata dal segnale di uscita a basso livello ad alta impedenza della capsula. La corrente/tensione modulata a bassa impedenza ad alto livello viene infine convertita nel segnale di uscita del microfono.

L’elettronica a valvole è apprezzata per il colore che aggiunge ai segnali audio. Un tubo comprimerà naturalmente il segnale audio e aggiungerà un leggero clipping/distorsione armonica piacevole per l’orecchio.

Riassunto della definizione di microfono a condensatore a valvole

Ora che sappiamo cos’è un microfono a condensatore e cos’è l’elettronica a valvole, abbiamo una buona idea di cosa sia un microfono a condensatore a valvole.

Un microfono a condensatore tubolare funge da trasduttore, convertendo il suono in audio attraverso una capsula a condensatore elettrostatico. Questo segnale audio viene quindi inviato a un tubo a vuoto per convertire l’impedenza e aumentare il livello del segnale.

Per ribadire, i 2 punti chiave qui sono che i microfoni a condensatore a valvole hanno:

• capsule del condensatore.
• Elettronica a valvole.

Discuteremo il funzionamento interno dei microfoni a condensatore a valvole nella sezione Come funzionano i microfoni a condensatore a valvole? Ma prima, esaminiamo un po’ la storia dei condensatori a tubi. Non sarebbe una guida completa senza storia, vero?

Un po’ di storia sui microfoni a condensatore a valvole

Cominciamo dall’inizio con l’invenzione del tubo a vuoto.

Breve storia del tubo a vuoto

Nel 1904, Sir John Ambrose Fleming, un ingegnere elettrico e fisico inglese, inventò il primo tubo a vuoto. Questo tubo era un diodo, il che significa che aveva due elettrodi.

Nel 1905, Lee De Forest, un inventore americano, ideò il primo tubo a vuoto a triodo(con tre elettrodi, inclusa la griglia di controllo). Il design a triodo consente al tubo di fungere da amplificatore ed è, fino ad oggi, il tipo base di tubo utilizzato nei microfoni. Questo brevetto è stato concesso nel 1906.

Negli anni ’20, i tubi a vuoto erano stati ampiamente utilizzati nei circuiti elettrici e nella tecnologia. I produttori di microfoni avevano iniziato a sperimentare le valvole a vuoto nei loro progetti di microfoni.

Breve storia del microfono a condensatore

Nel 1916, Edward Christopher Wente, un fisico americano, inventò il primo microfono a condensatore mentre lavorava alla Western Electric.

Questo microfono è stato progettato con due piastre: la piastra anteriore/diaframma era sottile e mobile e la piastra posteriore era più spessa e fissa. Le due piastre formavano un condensatore(allora chiamato «condensatore», da cui il nome). Una tensione costante è stata applicata attraverso la piastra per mantenere una carica fissa.

Quando il diaframma si muoveva, la distanza tra le piastre cambiava, alterando la capacità del condensatore a piastre parallele.

Mantenendo una carica fissa attraverso le piastre, qualsiasi variazione di capacità causava una variazione di tensione inversamente proporzionale. Pertanto, il diaframma mobile ha causato l’emissione di una tensione CA corrispondente(segnale del microfono) dal microfono.

Breve storia del microfono a condensatore tubolare

Nel 1928, Georg Neumann ha fatto la storia dei microfoni(come fanno spesso lui e la sua azienda, Neuman GmbH) quando hanno rilasciato il primo microfono a condensatore disponibile in commercio.

Questo microfono era il CMV3, meglio conosciuto come «The Bottle».

Il CMV3 presentava capsule intercambiabili per ottenere diversi schemi polari. È stato progettato con l’elettronica della valvola basata sui triodi RE084.

Da allora, i produttori di microfoni di tutto il mondo producono microfoni a condensatore a tubo di alta qualità per l’industria audio.

Una breve storia dei transistor

I tubi a vuoto sono rimasti incredibilmente popolari nei circuiti elettrici fino a quando non sono stati ampiamente sostituiti da transistor più economici, più piccoli e più efficienti.

Nel 1947, i fisici americani dei Bell Laboratories(John Bardeen, Walter Brattain e William Shockley) inventarono il primo transistor a contatto puntuale.

I transistor a effetto di campo non sarebbero apparsi in gran parte della tecnologia dei microfoni fino alla metà degli anni ’60, ma sono diventati lo standard nel design dei microfoni a condensatore sin dalla loro introduzione.

Molti moderni microfoni a condensatore sono a stato solido. In altre parole, usano circuiti elettronici basati su transistor invece di circuiti elettronici basati su tubi. Come accennato in precedenza, i transistor sono più economici, più efficienti, più piccoli e, come bonus aggiuntivo, spesso suonano più «puliti» delle valvole.

Come funzionano i microfoni a condensatore a valvole?

Nella sezione Cos’è un microfono a condensatore a valvole? Esaminiamo le basi delle capsule del condensatore e dell’elettronica del tubo.

In questa sezione, esamineremo più in dettaglio il funzionamento interno di un microfono a condensatore tubolare.

Naturalmente, nessun modello di microfono a due tubi è lo stesso, ma la maggior parte segue uno schema generale di componenti. Questi componenti sono mostrati nel diagramma semplificato seguente:

I componenti principali di un microfono a condensatore tubolare sono i seguenti:

Esaminiamo ciascuno di questi componenti in modo più completo, vero?

capsula del condensatore

La capsula del condensatore è l’elemento trasduttore del microfono a condensatore tubolare. I trasduttori sono dispositivi che trasformano una forma di energia in un’altra. La capsula, quindi, è la parte del microfono a condensatore tubolare che ha il compito di convertire le onde sonore(energia delle onde meccaniche) in segnali audio(energia elettrica).

Per convertire il suono in audio, la capsula del condensatore si basa su principi elettrostatici. In effetti, i microfoni a condensatore erano, e talvolta sono ancora chiamati, «microfoni elettrostatici».

Con questo in mente, discutiamo la struttura della capsula del condensatore. La tipica capsula è composta dai seguenti componenti:

• Diaframma(piastra frontale)
• piastra posteriore
• anello di tensione
• distanziatori
• fili conduttori elettrici
• Struttura ricettiva

Si noti che alcune capsule hanno due diaframmi e persino due piastre posteriori nel loro design. Maggiori informazioni su questi progetti nella sezione Microfoni a condensatore a tubo multiplo.

Per visualizzare meglio la capsula microfonica a condensatore, diamo un’occhiata a un semplice diagramma che mostra l’essenziale:

• Diaframma: Il diaframma funge da piastra frontale mobile del condensatore a piastre parallele. È una membrana sottile spesso fatta di Mylar spruzzato d’oro.
• Piastra posteriore – La piastra posteriore è la seconda piastra del condensatore ed è fissa. È spesso realizzato in ottone ed è normalmente forato con fori passanti che consentono al suono di raggiungere la parte posteriore del diaframma.
• Anello di tensione – L’anello di tensione mantiene efficacemente il diaframma in posizione mentre applica una tensione adeguata.
• Anello distanziatore isolato – L’anello distanziatore isolato è progettato per mantenere un po’ di spazio tra le due piastre fornendo isolamento tra di loro. Ciò è necessario per mantenere il design del condensatore.
• Anello di montaggio della piastra posteriore – L’ anello di montaggio della piastra posteriore mantiene la piastra in posizione.

L’intera capsula viene quindi alloggiata in un guscio esterno e dalla capsula vengono prelevati due conduttori elettrici: uno dal diaframma(piastra frontale) e l’altro dalla piastra posteriore. Questi cavi completano un circuito con il convertitore di impedenza(che è il tubo a vuoto nel caso di microfoni a condensatore a valvole).

Come funziona la capsula del condensatore?

Ora che conosciamo il design di base della capsula del condensatore, possiamo vedere come funziona.

Le onde sonore provocano variazioni di pressione localizzate nel mezzo attraverso il quale viaggiano. Il diaframma della capsula reagisce alla differenza di pressione tra la parte anteriore e quella posteriore causata da queste onde sonore.

Inoltre, le capsule a condensatore direzionali funzionano secondo il principio del gradiente di pressione che ha entrambi i lati del diaframma esposti a variazioni di pressione sonora. Le capsule a condensatore omnidirezionali, invece, funzionano secondo il principio della pressione e hanno solo la parte anteriore esposta alle variazioni di pressione sonora.

Allora come si traduce questo movimento del diaframma in un segnale del microfono? Per rispondere a questa domanda, diamo un’occhiata a due equazioni elettrostatiche critiche:

1. V = Q • C
2. C = ε ₀ (A/d)

V = Q • C

La tensione attraverso un condensatore a piastre parallele è uguale al prodotto della carica elettrica attraverso le piastre e la capacità del condensatore stesso.

• V = tensione ai capi delle piastre.
• Q = carica elettrica tra le piastre.
• C = capacità del condensatore a piastre parallele.

Si noti che questa equazione è ideale e che alcune inefficienze causano perdite di tensione, carica e capacità. Tuttavia, questa equazione, in teoria, è vera.

Pertanto, la capsula del condensatore(condensatore a piastre parallele) deve essere caricata elettricamente per funzionare correttamente.

Per mantenere la carica, le piastre del condensatore devono essere elettricamente conduttive. Come accennato, il diaframma è spesso realizzato in Mylar spruzzato d’oro. Il Mylar è molto reattivo alla pressione sonora mentre l’oro è conduttivo. La piastra posteriore è solitamente in ottone, che è conduttivo. Queste piastre devono essere isolate l’una dall’altra.

Per essere più specifici, la capsula del condensatore deve contenere una carica elettrica fissa per funzionare correttamente. Pertanto, la capsula è progettata con un’impedenza incredibilmente alta per mitigare qualsiasi dispersione di carica elettrica.

Sfortunatamente, questo significa anche che il segnale del microfono(tensione CA) attraverso le piastre avrà anche un’impedenza particolarmente elevata. Il tubo a vuoto è posizionato lì, in gran parte, per ridurre l’impedenza del segnale in modo che il segnale possa essere inviato fuori dal microfono senza grave degrado.

Un’impedenza del segnale elevata danneggerà in modo critico un segnale audio su qualsiasi lunghezza significativa del cavo. Questo è il motivo per cui il convertitore di impedenza del tubo a vuoto è progettato per adattarsi immediatamente dopo la capsula nel design del microfono a condensatore a tubo.

Questo carico(noto anche come «bias»), nei microfoni a condensatore a valvole, viene fornito tramite l’unità di alimentazione esterna(PSU). Una parte dell’energia inviata al microfono viene utilizzata per caricare la capsula in modo che funzioni correttamente.

Come possiamo vedere dall’equazione V = Q • C, una carica fissa(Q) significa che qualsiasi variazione di capacità causerà una variazione inversamente proporzionale della tensione attraverso le piastre. Questa tensione variabile sarà effettivamente il segnale del microfono. Questo ci porta al nostro secondo principio/equazione elettrostatica.

C = ε ₀ (A/d)

La capacità di una capsula del condensatore è uguale al prodotto della costante dielettrica e al rapporto tra l’area delle piastre e la distanza tra le piastre.

• C = capacità del condensatore a piastre parallele.
• ε ₀ = costante dielettrica.
• A = area dei piatti.
• d = distanza tra i piatti.

Questa equazione è anche un’idealità, quindi le inefficienze causano perdite in alcuni fattori.

La costante dielettrica e l’area delle piastre sono costanti. Pertanto, possiamo semplificare l’equazione per indicare che la capacità della capsula del microfono è inversamente proporzionale alla distanza tra le piastre.

Combinando ciò che sappiamo dalle due equazioni elettrostatiche, deduciamo che la tensione ai capi della capsula dipende dalla distanza tra le piastre della capsula. Un’ulteriore inferenza ci dice che un diaframma in movimento causerà una variazione proporzionale della tensione attraverso le piastre.

Come discusso, il diaframma si muove secondo le onde sonore. Pertanto, il microfono rappresenta le onde sonore come una tensione CA(nota anche come segnale audio). Ecco come funziona la capsula come trasduttore.

il tubo a vuoto

Non sarebbe un microfono a condensatore a valvole con un tubo a vuoto. Discutiamo di come funzionano le valvole a vuoto nel contesto dei microfoni.

Inizieremo con un semplice diagramma di un tubo triodo. I tubi a triodo hanno 3 elettrodi e sono la forma più semplice di un tubo a vuoto per microfono:

Si noti che molti tubi con un numero di elettrodi più elevato sono configurati come triodi solo se utilizzati nei condensatori a tubo.

• A: anodo(piastra)
• K: catodo
• H: riscaldatore
• G: griglia

L’unità di alimentazione del microfono a condensatore a tubi provoca il riscaldamento del riscaldatore a tubi. Questo è il motivo per cui i condensatori a tubo diventano così caldi quando sono in uso.

Si noti che il tubo deve contenere il vuoto(senza aria), altrimenti il ​​calore, combinato con l’ossigeno, brucerebbe gli elementi. Qualsiasi aria in un tubo a vuoto interferirebbe anche con il movimento degli elettroni e renderebbe il tubo molto meno efficiente.

L’alimentatore applica anche una tensione positiva all’anodo(piastra).

Quando il tubo si riscalda, il catodo(donatore di elettroni) inizia a emettere elettroni attraverso l’emissione termoionica. Questi elettroni caricati negativamente vengono respinti dal catodo caricato negativamente e attratti dall’anodo caricato positivamente(piastra).

Poiché il tubo contiene un vuoto, gli elettroni scorrono senza ostacoli tra il catodo e l’anodo. Questo flusso di elettroni è meglio conosciuto come corrente elettrica.

Una volta riscaldato e acceso, il tubo a vuoto «spegnerà» effettivamente una tensione.

L’elettrodo a griglia è dove le cose si fanno davvero interessanti per il design del microfono.

La griglia di controllo agisce come una sorta di maglia tra il catodo e l’anodo. I suoi buchi consentono agli elettroni di attraversarlo. Regolando la tensione applicata alla griglia, controlliamo il numero di elettroni che fluiscono dal catodo all’anodo e moduliamo la tensione attraverso il tubo a vuoto.

La griglia di controllo accetta efficacemente il segnale ad alta impedenza dalla capsula del condensatore. Questo segnale AC sulla rete modula il segnale più forte sulla scheda.

Ciò rende il tubo triodo prezioso non solo come amplificatore ma anche come convertitore di impedenza. Con un triodo, utilizziamo il segnale dalla capsula ad alta impedenza(all’»ingresso» o alla griglia del tubo) per modulare un segnale a bassa impedenza più forte(all’»uscita» o alla piastra del tubo).

scheda a circuito stampato

Il circuito stampato del microfono a tubo a condensatore è progettato per inviare efficacemente l’elettricità dove deve andare. Esistono percorsi specifici per il segnale del microfono e altri percorsi per la tensione di polarizzazione e la tensione anodica positiva dell’alimentatore. Un circuito stampato fornisce anche un corretto percorso di terra e potenziale di terra.

Inoltre, il PCB può anche includere interruttori nei suoi circuiti. Questi interruttori possono includere pad, filtri, modifiche del diagramma polare, ecc. Questi interruttori possono anche far parte dell’alimentatore a seconda del microfono, il che ci porta alla sezione successiva.

alimentatore

Ogni microfono a tubo ha il proprio alimentatore. Questi alimentatori si collegano alla parete e forniscono al condensatore del tubo le tensioni adeguate per il corretto funzionamento.

Come accennato in precedenza, le PSU sono essenziali per polarizzare la capsula del condensatore; caricare positivamente l’anodo(piastra) e riscaldare il riscaldatore del tubo a vuoto.

Si noti che i +48 Vdc di alimentazione phantom non possono pilotare l’elettronica a valvole dei microfoni a condensatore a valvole. Non fornisce una tensione sufficiente.

Come vedremo a breve nella sezione Il connettore di uscita, gli alimentatori sono spesso collegati al microfono tramite il connettore di uscita del microfono. Ciò significa che l’alimentatore riceverà spesso(ma non sempre) anche il segnale dal microfono. In questo caso, l’alimentatore avrà un’uscita microfono bilanciata per collegare efficacemente il microfono a un preamplificatore microfonico.

Sull’alimentatore AKG C 12 nella foto sopra, vediamo l’interruttore di alimentazione, oltre a due quadranti che vengono utilizzati per cambiare il filtro passa-alto del microfono e le configurazioni polari da remoto.

trasformatore di uscita

Molti(ma non tutti) i microfoni a valvole utilizzano un trasformatore di uscita nel loro design.

I trasformatori sono dispositivi elettromagnetici passivi che trasferiscono potenza da un circuito all’altro mediante accoppiamento induttivo.

Fondamentalmente, ogni circuito ha il proprio avvolgimento conduttivo(filo) che avvolge un nucleo magnetico comune. Questo accoppia efficacemente i due circuiti.

I circuiti accoppiati induttivamente, come i trasformatori, sono configurati in modo tale che una variazione di corrente attraverso il conduttore/avvolgimento di un circuito induca una tensione attraverso il conduttore/avvolgimento dell’altro circuito.

La maggior parte dei trasformatori utilizzati nei condensatori a tubi sono trasformatori step-down. Questi trasformatori svolgono i seguenti ruoli:

• Diminuire/convertire l’impedenza di uscita.
• Impedire alla tensione CC di entrare in componenti sensibili del microfono.
• Bilancia i segnali audio emessi dal tubo.
• Colora il segnale di uscita del microfono.
• Diminuire la tensione di uscita.

Ecco un semplice diagramma di un trasformatore step-down. Utilizzeremo questo diagramma per spiegare i trasformatori di uscita dei condensatori a tubi in modo più dettagliato:

• P = avvolgimento primario: l’avvolgimento primario crea un circuito con il tubo a vuoto e il circuito stampato. Ciò significa che il segnale convertito dalla capsula influisce sull’avvolgimento primario.
• S = avvolgimento secondario: l’avvolgimento secondario crea un circuito aperto con l’uscita del microfono. Questo circuito è completo quando il microfono a condensatore a tubo è collegato.
• MC = Common Magnetic Core: Affinché l’accoppiamento induttivo funzioni, abbiamo bisogno dell’induzione elettromagnetica. La tensione attraverso l’avvolgimento primario provoca un campo magnetico variabile all’interno del nucleo magnetico che quindi induce una tensione attraverso l’avvolgimento secondario.

Nel trasformatore step-down abbiamo più giri nell’avvolgimento primario che nel secondario. Questo fa alcune cose:

• Abbassare la tensione: V _s =(N _s /N _p) ⋅ V _p
• Aumentare la corrente: I _s =(N _p /N _s) ⋅ I _p
• Abbassare l’impedenza: Z _s =(N _s /N _p) ² ⋅ Z _p

Quindi fondamentalmente una tensione sull’avvolgimento primario(dovuta in definitiva alla capsula del microfono) provoca una variazione nel campo magnetico del nucleo magnetico. Questo cambiamento nel campo magnetico induce quindi una tensione attraverso l’avvolgimento secondario. Tutto ciò è dovuto all’induzione elettromagnetica.

I trasformatori vengono utilizzati principalmente per bilanciare il segnale intrinsecamente sbilanciato dal tubo e dal PCB. L’avvolgimento secondario del trasformatore «emette» effettivamente un segnale AC di polarità positiva su un pin e lo stesso segnale di polarità negativa su un altro pin quando è collegato all’uscita del microfono.

Ciò si traduce in un segnale audio bilanciato resistente alle interferenze elettromagnetiche e in grado di percorrere lunghe distanze su un cavo bilanciato senza un degrado significativo.

Un altro grande effetto del trasformatore step-down è che funge da secondo stadio del convertitore di impedenza. Con un trasformatore, possiamo togliere parte del carico dell’elettronica a valvole e ottenere comunque un’impedenza di uscita utilizzabile sui nostri microfoni a condensatore a valvole.

Si noti che i trasformatori passano solo la corrente CA e bloccano la corrente CC. Questo è noto come isolamento CC e aiuta a proteggere l’elettronica del tubo dalla tensione CC vagante sulle linee del segnale audio.

Un’altra caratteristica dei trasformatori è la loro colorazione. L’accoppiamento induttivo non è perfetto e in realtà aggiunge colore e distorsione al segnale del microfono. Su trasformatori economici, questa colorazione può suonare assolutamente orribile. Tuttavia, nei costosi trasformatori comunemente usati nei condensatori a valvole, l’effetto è abbastanza gradevole all’orecchio.

Una nota sui microfoni a condensatore tubolari senza trasformatore

Ci sono stati molti progressi nella teoria dei circuiti elettrici dall’invenzione del transistor. Da allora è stato possibile progettare microfoni che normalmente richiederebbero un trasformatore di uscita con un circuito di uscita senza trasformatore. Queste uscite senza trasformatore agiscono per bilanciare il segnale e regolare l’impedenza di uscita.

Esistono molti microfoni a condensatore a stato solido con uscite senza trasformatore, ma è meno comune nei microfoni a condensatore a valvole.

Un moderno esempio di microfono a condensatore valvolare senza trasformatore è il Neumann M 150 Tube.

La valvola Neumann M 150 utilizza un circuito di uscita basato su un amplificatore operazionale(con transistor) per bilanciare e convertire l’impedenza del suo segnale di uscita.

Il connettore di uscita

La maggior parte dei microfoni professionali ha connettori di uscita XLR. Questo non è il caso dei condensatori a tubi.

I microfoni a condensatore a tubo hanno tutti i tipi di connettori di uscita diversi. I connettori in genere collegano il microfono alla sua unità di alimentazione dedicata e la maggior parte dei produttori di microfoni a tubo progetta connessioni specifiche per microfono per servire a questo scopo.

L’XLR a 7 pin è un’opzione di connettore di uscita comune per i microfoni a tubo. Anche i connettori Tuchel sono stati utilizzati regolarmente nel corso della storia dei condensatori a tubo.

Con 7 pin, potremmo avere la seguente configurazione:

1. Audio(polarità positiva)
2. Audio(polarità negativa)
3. Spedizione del riscaldatore
4. ritorno del riscaldatore
5. Anodo(piastra) Bias CC
6. ritorno del piatto
7. io di solito

Questo è solo uno dei possibili modi in cui è possibile collegare un cavo. Non tutte le connessioni di uscita del condensatore a tubo sono cablate allo stesso modo. In effetti, è una scommessa sicura presumere che due microfoni a condensatore a valvole avranno schemi di cablaggio di uscita diversi.

Microfoni a condensatore tubolari multi-pattern

Nel 1948 Georg Neumann portò un’altra novità nel mercato dei microfoni. Il leggendario Neumann U 47(con pattern polari omnidirezionali e cardioidi selezionabili) è stato il primo microfono multi-pattern della storia. Questo microfono, come ci si potrebbe aspettare dal titolo di questa sezione, era un microfono a condensatore tubolare.

L’U 47 ha utilizzato la capsula a doppio diaframma M7 per ottenere i suoi schemi polari cardioide e omnidirezionale.

Dal 1948, i produttori producono microfoni a condensatore a tubo multi-pattern. Molti dei condensatori a valvole più popolari e apprezzati sono microfoni multi-pattern.

Quindi, come funzionano i microfoni a condensatore a tubo multi-pattern?

Iniziamo affermando che non ha nulla a che fare con il tubo a vuoto del microfono. Piuttosto, la funzionalità multi-pattern deriva dalla capsula del microfono.

La capsula di un microfono multi-pattern deve avere due diaframmi. Questo è relativamente facile da ottenere con una capsula del condensatore. I due diaframmi sono posti all’esterno della capsula a forma di disco. Possono anche condividere una piastra posteriore, sebbene alcuni modelli abbiano anche due piastre posteriori individuali.

Questo design produce efficacemente due capsule consecutive all’interno di un unico design a capsula.

Questi due trasduttori sono quasi sempre progettati per avere schemi polari cardioidi. Per fare ciò, devono esserci labirinti acustici attentamente progettati che consentano al suono di raggiungere la parte posteriore di entrambi i diaframmi.

Polarizzando i due condensatori a piastre parallele in diverse configurazioni, possiamo ottenere diversi schemi polari.

Diamo un’occhiata alle 3 opzioni più comuni che troveremo in un microfono multi-pattern:

• Omnidirezionale: questo schema si ottiene polarizzando entrambi i trasduttori con la stessa tensione e polarità. I due pattern cardioidi si uniscono per catturare il suono in modo uguale da tutte le direzioni.

• Bidirezionale: questo schema si ottiene polarizzando entrambi i trasduttori con la stessa tensione ma con polarità opposta l’uno dall’altro. Ciò fa sì che il diaframma anteriore capta il suono con polarità positiva e il diaframma posteriore capti il ​​suono con polarità negativa. Il pickup dai lati si annulla efficacemente a vicenda e ci rimane un pattern polare bidirezionale.

• Cardioide: questo pattern si ottiene semplicemente spingendo solo il driver anteriore della capsula. Si noti che la tensione di polarizzazione è generalmente più alta, in questo caso, per garantire che il pattern cardioide sia sensibile quanto gli altri pattern che utilizzano entrambi i diaframmi.

La cartuccia multi-pattern più famosa al mondo è stata sviluppata in risposta all’U 47. Questa cartuccia è stata progettata da AKG ed è conosciuta come CK12.

I microfoni che utilizzano l’AKG CK12(o una capsula simile) spesso presentano ben 9 schemi polari selezionabili.

Caratteristiche generali di un microfono a condensatore tubolare

Ogni modello di microfono ha il proprio design, carattere e pro e contro. Tuttavia, ci sono alcuni punti in comune notevoli tra i microfoni a condensatore a valvole che dovremmo discutere qui.

Le caratteristiche generali dei microfoni a condensatore a tubo includono:

Risposta in frequenza estesa

I microfoni a condensatore tubolari sono apprezzati per le loro risposte in frequenza estese. Questo è in realtà comune a tutti i microfoni a condensatore da studio e non solo ai condensatori a valvole.

La massa ridotta e l’inerzia del diaframma della capsula consentono alle frequenze sonore attraverso lo spettro udibile di spostare facilmente il diaframma. La tensione del diaframma relativamente forte migliora anche la reattività su un’ampia gamma di frequenze.

La tensione del diaframma produce anche una precisa risposta transitoria nella capsula.

Sebbene l’elettronica a valvole agisca per comprimere naturalmente questi picchi nel segnale del microfono, i condensatori a valvole hanno certamente risposte transitorie accurate insieme alle loro ampie risposte in frequenza.

La risposta in frequenza di un microfono a condensatore è determinata più dalla sua capsula che dai suoi circuiti. I condensatori a diaframma piccolo tendono ad avere risposte in frequenza di fascia alta più piatte rispetto alle loro controparti a diaframma grande perché le onde sonore ad alta frequenza(con lunghezze d’onda corte) sono più efficaci nello spostamento di diaframmi più piccoli.

Tono saturo «caldo».

Le valvole a vuoto sono amate nel mondo dell’audio per il loro suono «caldo».

Questo calore è causato da 2 fattori inerenti all’elettronica del tubo a vuoto:

1. Rumore termico.
2. Distorsione/saturazione.

Il rumore termico si riferisce ai fenomeni in cui il calore ambientale fa vibrare gli elettroni nei conduttori e causare rumore elettrico. Questo rumore si verifica naturalmente nelle valvole a vuoto riscaldate(in funzione) e viene trasportato nel segnale attraverso il resto degli stadi di guadagno.

Il rumore termico ha una densità di potenza uniforme, il che significa che è ugualmente presente a tutte le frequenze. In questa forma, suona come un rumore bianco.

Sebbene il rumore sia generalmente considerato il nemico nei segnali audio, il rumore termico a banda larga nei microfoni a condensatore a tubi, se non troppo presente, può aggiungere un po’ di calore e morbidezza al tono del microfono.

La distorsione di ritaglio si riferisce a una forma sottile di distorsione del segnale analogico. I tubi a vuoto, quando passano livelli di segnale più elevati dalle capsule, tendono a saturarsi.

La saturazione audio aggiunge armoniche dal suono gradevole al segnale audio. La saturazione del tubo aiuta a riscaldare il suono e ha l’ulteriore vantaggio di comprimere naturalmente il suono, rendendolo più pieno e presente.

compresso naturalmente

Parlando di compressione, riaffermerò qui che l’elettronica nel tubo agirà per comprimere il segnale durante il clipping.

La compressione riduce efficacemente la gamma dinamica di un segnale(la differenza tra il suo punto più forte o più forte e il suo punto più debole o più basso). La compressione in realtà riduce i livelli più alti(quelli che causano il clipping), ma l’effetto sonoro è quello di aumentare le parti più silenziose.

Il risultato, come accennato, è un suono pieno, morbido e presente. Gli appassionati di audio amano le valvole per questo motivo.

Valutazioni ad alta sensibilità

L’amplificazione interna dei microfoni a condensatore a valvole conferisce loro un’elevata sensibilità.

La valutazione/specifica di sensibilità di un microfono si riferisce al suo livello di uscita quando è soggetto a un determinato livello di pressione sonora. Avendo un’amplificazione interna, i condensatori a valvole sono in grado di emettere segnali molto forti a una determinata pressione sonora.

Rumore autonomo relativamente alto

Il rumore termico dell’amplificatore a valvole provoca rapporti di auto-rumore relativamente elevati nei microfoni a condensatore a valvole.

Come accennato, questa non è sempre una cosa negativa, ma vale la pena notare come caratteristica generale dei microfoni a condensatore a valvole.

prezzo elevato

Capsule di condensazione, tubi a vuoto e trasformatori di alta qualità sono molto costosi. Quando i componenti sono così costosi, i produttori di microfoni tendono a non sminuire altri alloggi e componenti elettrici per i loro microfoni.

Questo è anche prima della ricerca e sviluppo e dei costi associati alla produzione, che fanno aumentare ulteriormente i costi.

Quindi, per realizzare un profitto, i microfoni a condensatore a valvole vengono venduti anche a prezzi elevati.

Oltre a questo, molti dei migliori microfoni al mondo sono vecchi condensatori a valvole che non sono più in produzione. Questi microfoni hanno un prezzo più alto a causa della loro collezionabilità.

Applicazioni dei microfoni a condensatore a tubi

Agli albori dei microfoni a condensatore a valvole, le pratiche di registrazione erano molto diverse. La registrazione della musica consisteva solitamente in un unico microfono posto davanti a un intero gruppo di musicisti. La radio era un po’ diversa, dove un microfono era posizionato davanti all’unico annunciatore.

Da allora sono emerse molte pratiche diverse. La più notevole di queste pratiche è l’idea di utilizzare microfoni ravvicinati o isolare singole sorgenti sonore.

La tecnologia dei microfoni a tubo ha continuato a migliorare insieme all’industria discografica. Tuttavia, non è necessario pensare molto alla riprogettazione dei condensatori a tubo per applicazioni specifiche. Tuttavia, questa non è una svista. È solo che i microfoni a condensatore a valvole suonano naturalmente in modo sorprendente praticamente su tutte le sorgenti sonore.

L’elenco seguente include alcune delle comuni applicazioni di microfoni a condensatore a tubo:

• Voce
• Narrazione
• microfoni da camera
• Ottone
• legni
• Chitarra acustica
• Pianoforte
• Orchestra
• Amplificatori/cabinet per chitarra e basso

Esempi di microfoni a condensatore a tubo

Per comprendere davvero i microfoni a condensatore a valvole, è essenziale dare un’occhiata ad alcuni esempi del mondo reale. In questa sezione, daremo un’occhiata ai microfoni a condensatore a 5 tubi, concentrandoci sui loro componenti e design, nonché su come rappresentano le caratteristiche generali e le applicazioni dei condensatori a valvole.

I 5 microfoni di cui parleremo sono attualmente in commercio e sono i seguenti:

Telefunken Ela M251E

Il Telefunken Ela M 251E è un ottimo esempio di microfono a condensatore tubolare classico. È stato originariamente lanciato nel 1959 e solo di recente è stato rimesso in produzione.

Questo microfono a condensatore tubolare multi-pattern di fascia alta si basava su un’altra leggenda del condensatore a tubi: l’AKG C 12.

• Anno di debutto: 1959
• Capsula: AKG CK-12
• Tubo di flusso: 6072a (General Electric o Electro Harmonix)
• Trasformatore: Haufe T14: 1
• Alimentazione: M950E
• Pattern polari: omnidirezionale/cardioide/bidirezionale
• Risposta in frequenza: 20 Hz – 20.000 Hz
• Indice di sensibilità: 17 mV/Pa
• Impedenza di uscita: 200 Ω(50 Ω commutabile)
• Rumore automatico: 9 dBA
• Livello di pressione sonora massimo: 130 dB SPL

Il Telefunken Ela M 251, come la maggior parte dei microfoni vintage, cattura l’audio con carattere. Sebbene il 251 sia preciso nel suo pickup, conferisce un incredibile «calore» e «peso» al segnale audio grazie in gran parte alla sua valvola a vuoto 6072a e al trasformatore di uscita Haufe T14:1.

AKG C 12VR

L’AKG C 12 VR è un altro microfono basato sul leggendario AKG C 12(dal 1953). Questo condensatore a tubi multi-modello offre le seguenti opzioni:

• 9 modelli polari selezionabili
• Pad da -10dB e -20dB
• Filtri passa alto 100Hz(-6dB/ottava) e 130Hz(-12dB/ottava)

Il C 12 VR di AKG utilizza il design originale del tubo a vuoto 6072A e della capsula a doppio diaframma del modello del 1953. Tuttavia, incorpora una capsula CK12 con terminazione sul bordo aggiornata e un circuito stampato all’avanguardia per ridurre il rumore e la distorsione, nonché come per aumentare l’affidabilità.

• Anno di debutto: 1994
• Capsula: AKG CK-12
• Tubo a vuoto: 6072A
• Trasformatore: Ü66(T5743)
• Alimentazione: N12VR
• Pattern polari: 9 selezionabili
• Risposta in frequenza: 30 Hz – 20.000 Hz
• Indice di sensibilità: 10 mV/Pa
• Impedenza di uscita: 200 Ω
• Rumore automatico: 22 dBA
• Livello di pressione sonora massimo: 128 dB SPL

L’AKG C 12 VR cattura l’audio con una precisione impeccabile aggiungendo un carattere piacevole(«calore» e «profondità») al segnale audio. Ciò è dovuto principalmente ai componenti del tubo a vuoto 6072A e del trasformatore di uscita Ü66.

Fotocamera Neumann M150

La valvola Neumann M 150 è leggermente diversa dagli altri condensatori a tubi di questa lista.

Per cominciare, è un condensatore a diaframma piccolo, a differenza degli altri condensatori a diaframma grande. Un’altra differenza fondamentale è che il tubo M 150 ha un circuito di uscita senza trasformatore.

Questo microfono si basa sul condensatore a tubo vintage M 50 di Neumann, che era basato sul leggendario microfono M 49. Il tubo M 50 e M 150 sono noti per i loro modelli polari omnidirezionali e di fascia alta luminosi.

L’M 50 è diventato leggendario per il suo utilizzo nelle registrazioni orchestrali(in particolare quando utilizzato in tecniche di microfonaggio stereo come il Decca Tree) e il tubo M 150 segue direttamente le sue orme.

• Anno di debutto: 2001
• Capsula: K 33 TI
• Tubo a vuoto: 6111
• Trasformatore: N/A
• Alimentazione: alimentatori esterni N 149 A o N 149 V
• Schema polare: omnidirezionale
• Risposta in frequenza: 20 – 20.000 Hz
• Indice di sensibilità: 20 mV/Pa
• Impedenza di uscita: 50 Ω
• Rumore automatico: 15,0 dBA(28 dB)
• Livello di pressione sonora massimo: 114 dB

Questo microfono è molto preciso ed è considerato luminoso(sensibile alle alte frequenze) rispetto alla maggior parte dei condensatori a valvole.

Sony C-800G

Il Sony C-800G è una bestia moderna quando si tratta di microfoni a condensatore a valvole.

Questo microfono ha una grande capsula a condensatore a doppio diaframma basata sul Neumann K67 e può essere commutata tra le modalità cardioide e omnidirezionale.

Il tubo 6AU6 conferisce al C-800G parte del suo peso e del suo suono caratteristici. Il microfono si distingue facilmente per il suo ampio dissipatore di calore esterno che mantiene il tubo alla temperatura ottimale per prestazioni perfette.

• Anno di debutto: 1993
• Capsula: Sony C800G(basato su Neumann K67)
• Tubo sottovuoto: 6AU6
• Trasformatore: Custom T101 9:1
• Alimentazione: AC-MC800G
• Pattern polari: omnidirezionale e cardioide
• Risposta in frequenza: 20 Hz – 18.000 Hz
• Indice di sensibilità: 17,8 mV/Pa(omnidirezionale) 25,1 mV/Pa(cardioide)
• Impedenza di uscita: 100 Ω
• Rumore automatico: 18,0 dBA
• Livello di pressione sonora massimo: 131 dB SPL

Il Sony C-800G è noto soprattutto per il suo utilizzo come microfono vocale hip-hop e R&B. Cattura il suono con chiarezza naturale e corpo e presenza notevoli. Migliora quasi ogni tipo di voce che cattura.

Autone Pro CV-12

L’Avantone Pro CV-12 è un esempio di microfono a condensatore a tubo «economico» con un prezzo di circa $500 USD.

Questo microfono ricorda anche l’AKG C 12(si può dire dal nome) e altri condensatori a valvole vintage di quell’epoca. È dotato di un grande diaframma Mylar da 32 mm in una capsula polarizzata esternamente e un tubo 6072A per un suono caldo e vintage e una qualità audio.

• Anno di debutto: 2006
• Capsula: Capsula in stile K67
• Tubo a vuoto: doppio triodo 6072A
• Trasformatore: personalizzato
• Alimentazione: PS-12
• Pattern polari: 9 selezionabili
• Risposta in frequenza: 25 Hz – 20.000 Hz
• Indice di sensibilità: 17,8 mV/Pa
• Impedenza di uscita: 250 Ω
• Rumore automatico: 17 dBA
• Livello di pressione sonora massimo: 146 dB SPL

Questo microfono, come tutti i condensatori a valvole di questo elenco, eccelle praticamente in tutte le applicazioni, ma è particolarmente efficace sulla voce.

Differenze tra microfoni a tubo e a condensatore a stato solido

L’ovvia differenza tra i microfoni a tubo e a condensatore a stato solido è che i microfoni a tubo utilizzano tubi a vuoto come convertitori di impedenza, mentre i microfoni a stato solido utilizzano transistor come convertitori di impedenza.

Questa è una differenza piuttosto grande e in realtà si traduce in alcune altre differenze evidenti. Diamo un’occhiata alle differenze principali qui:

	microfoni a tubo	microfono FATTO
convertitore di impedenza	Tubo a vuoto(almeno un triodo)	Transistor ad effetto di campo(spesso JFET)
Alimentazione elettrica	Alimentatori esterni	Alimentazione phantom o tensione di polarizzazione CC
rumore di sé	Più	Meno
qualità audio	Tipicamente più caldo(saturazione del tubo e rolloff di fascia alta)	Tipicamente più fresco(acquisizione del suono accurata)
Uscita accoppiata a trasformatore	sì	Qualche volta
Durabilità	Componenti fragili del tubo	Componenti a stato solido di maggiore durata
Prezzo	Molto costoso	meno caro

Differenze tra microfoni dinamici e a condensatore

È bene conoscere le differenze tra i condensatori a tubo e quelli a stato solido. È anche meglio capire il contrasto tra microfoni a condensatore e microfoni dinamici. Nella tabella seguente, considera i microfoni a condensatore a tubo nella colonna «Microfoni a condensatore».

	microfoni dinamici	microfoni a condensatore
Principio del trasduttore	induzione elettromagnetica	principi elettrostatici
Attivo passivo	Passivo	Attivo
Risposta frequente	Di colori	piatto/esteso
risposta transitoria	Questo	Veloce
schemi polari	Tutto tranne che bidirezionale	Tutti(soprattutto con capsula a doppio diaframma)
Sensibilità	Basso	Alto
rumore di sé	No	sì
Livello massimo di pressione sonora	Spesso troppo alto per essere misurato	Spesso entro limiti pratici
Durabilità	molto resistente	qualcosa di duraturo
Prezzo	Da economico a moderato	da economico a molto costoso

Domande correlate

Di cosa è fatto un microfono? Microfoni diversi sono realizzati con componenti diversi. Ogni microfono, tuttavia, ha un diaframma mobile che reagisce alle onde sonore e un elemento trasduttore che converte questo movimento del diaframma in un segnale audio elettrico. Altri componenti chiave includono griglie, corpi, transistor, trasformatori e tubi a vuoto.

Posso collegare un microfono al mio telefono? Sì, c’è un’ampia varietà di smartphone sul mercato con una vasta selezione di microfoni progettati per connettersi ad essi. Questi microfoni in genere si collegano tramite micro-USB, Lightning o TRRS da 1/8 «(3,5 mm) e spesso fanno parte della configurazione di una cuffia.

Fonti

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• https://asa.scitation.org/doi/abs/10.1121/1.4899681
• https://en-de.neumann.com/cmv-3
• https://www.sjsu.edu/faculty/watkins/transist.htm
• http://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=12692
• https://www.jensen-transformers.com/wp-content/uploads/2014/08/Audio-Transformers-Chapter.pdf
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• http://www.aes.org/e-lib/browse.cfm?elib=1073
• https://www.shure.com/en-US/support/find-an-answer/transformers-when-to-use-and-how-does-it-work
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• https://www.telefunken-elektroakustik.com/microphones/ela-m-251e
• http://recordinghacks.com/microphones/Telefunken-USA/ElaM-250E
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• http://recordinghacks.com/microphones/AKG-Acoustics/C-12-VR
• https://en-de.neumann.com/m-150-tube
• http://recordinghacks.com/microphones/Neumann/M-150
• https://pro.sony/ue_US/products/lavalier-and-headset-microphones/c-800g
• http://recordinghacks.com/microphones/Sony/C800G
• http://www.avantonepro.com/cv-12.php
• http://recordinghacks.com/microphones/Avant/CV-12