Microfoni dinamici a bobina mobile: la guida dettagliata

Quando musicisti e ingegneri del suono dicono «microfono dinamico», di solito intendono un microfono dinamico a bobina mobile. Questi popolari microfoni sono utilizzati nelle trasmissioni, negli studi di registrazione e nei palchi dal vivo in tutto il mondo.

Che cos’è un microfono dinamico a bobina mobile? Un microfono dinamico a bobina mobile è un trasduttore che converte le onde sonore in segnali microfonici utilizzando l’induzione elettromagnetica. Quando il diaframma si muove, una bobina conduttrice attaccata oscilla all’interno di un campo magnetico. Ciò induce una tensione CA attraverso la bobina, che viene quindi emessa come segnale del microfono.

Questa è la risposta rapida, ma in questo articolo approfondiremo i dettagli sui microfoni a bobina mobile. Prima di entrare nel merito, vorrei introdurre un piccolo sommario per facilitare la navigazione.

Il motivo dietro il nome

Quando ho iniziato a conoscere le differenze tra i trasduttori microfonici, ho pensato che i microfoni dinamici fossero chiamati così a causa della loro maggiore gamma dinamica rispetto ai microfoni a condensatore.

È vero che, in generale, un microfono dinamico avrà una gamma dinamica maggiore rispetto alla sua controparte a condensatore. Questo perché i microfoni dinamici non hanno rumore di fondo e hanno livelli di pressione sonora massimi estremamente elevati.

Tuttavia, la gamma dinamica non è il motivo per cui i microfoni dinamici portano i loro nomi.

Il microfono dinamico prende il nome da uno dei suoi predecessori importanti: la dinamo!

Cos’è una dinamo? Una dinamo elettrica è un trasduttore che, come i microfoni, converte l’energia meccanica in energia elettrica attraverso l’induzione elettromagnetica.

La dinamo funziona ruotando bobine di filo attraverso un campo magnetico. Il campo magnetico è fornito da un magnete permanente(o magneti) nelle dinamo più piccole o da bobine di campo nelle dinamo più grandi.

Secondo la legge di induzione di Faraday, il movimento di una bobina di filo conduttore attraverso un campo magnetico crea una corrente elettrica nel filo. Ruotando le sue bobine in una direzione in un campo magnetico, la dinamo crea una corrente continua pulsante.

Come nota a margine, «Dynamo» fu coniato per la prima volta dal famoso Michael Faraday nel 1831(scoprì anche la legge di induzione che porta il suo nome)!

Dalla dinamo al microfono dinamico

Le dinamo creano segnali CC(corrente continua), ma i segnali audio sono CA(corrente alternata).

Sebbene il microfono dinamico sia basato sul principio della dinamo, non è certamente una dinamo. La bobina di filo in un microfono dinamico viene traslata in due direzioni(oscilla avanti e indietro) attraverso un campo magnetico. Questo tipo di movimento induce una corrente alternata attraverso la bobina del filo al posto della corrente continua(come la dinamo).

Le piccole «dinamo AC» che si trovano nei microfoni dinamici sono tecnicamente chiamate magneti.

Il termine «bobina mobile»

Tutti i microfoni a bobina mobile sono dinamici(sono trasduttori che funzionano secondo il principio dell’induzione elettromagnetica). Tuttavia, non tutti i microfoni dinamici hanno una bobina mobile.

Il popolare microfono a nastro è anche un tipo di microfono dinamico. E quindi il termine «bobina mobile» è un differenziatore tra i due tipi di microfono quando necessario.

I microfoni dinamici a bobina mobile sono molto più popolari delle loro controparti a nastro. Per questo motivo, a loro è riservato il semplice termine «microfono dinamico»(in questo articolo userò i termini in modo intercambiabile). I microfoni a nastro dinamici sono generalmente distinti e indicati come «microfoni a nastro».

Cos’è l’induzione elettromagnetica?

Allora, cos’è l’induzione elettromagnetica? L’induzione elettromagnetica è la creazione di una tensione attraverso un conduttore elettrico in un circuito chiuso quando subisce un campo magnetico variabile. È il principio di funzionamento dei trasduttori microfonici dinamici.

In un microfono dinamico a bobina mobile, la bobina(conduttore elettrico) si muove attraverso un campo magnetico permanente fornito dai magneti permanenti del microfono. Il campo magnetico relativo alla bobina mobile sta cambiando, quindi una volta chiuso un circuito con la bobina mobile(e la bobina si muove), avremo una corrente indotta elettromagneticamente(e un segnale del microfono)!

C’è una legge fisica che è importante per la nostra comprensione dell’induzione elettromagnetica. Questa è la legge dell’induzione di Faraday.

La legge dell’induzione di Faraday

Qual è la legge di induzione di Faraday? La legge dell’induzione di Faraday afferma che la forza elettromotrice(tensione indotta) in un circuito chiuso è proporzionale alla velocità di variazione del flusso magnetico attraverso quel circuito.

Analizziamolo in definizioni più piccole per comprendere meglio nel contesto di un microfono dinamico a bobina mobile:

• Forza elettromotrice(emf) o «tensione indotta»: la tensione creata attraverso la bobina mobile come risultato dell’induzione elettromagnetica
• Circuito chiuso: un collegamento elettrico completo in cui può fluire corrente(in questo caso corrente alternata).
• «Proporzionale alla velocità di variazione nel tempo» – significa semplicemente che la modifica del flusso magnetico si traduce in una tensione indotta.
• Flusso magnetico: il campo magnetico totale che passa attraverso una data area.

Nel design del microfono a bobina mobile, abbiamo un magnete permanente. Questo magnete ha un design complesso e ha un campo magnetico complesso concentrato attorno alla bobina mobile.

L’intensità del campo magnetico può essere misurata con linee di campo. Questi sono vettori che mostrano sia la forza che la direzione del campo magnetico in un dato punto.

Il flusso magnetico è l’intensità del campo magnetico su una determinata area:

• Possiamo immaginare che un forte flusso magnetico abbia molte linee di campo forti che attraversano una vasta area.
• Immagina che un debole flusso magnetico abbia meno linee di campo che passano attraverso una data area.
• Se nessuna linea di campo passa attraverso l’area(come se l’area fosse parallela alla direzione delle linee di campo), allora non c’è flusso magnetico!

Il movimento della bobina mobile in un campo magnetico permanente provoca un cambiamento nel flusso magnetico nella bobina mobile. Questo cambiamento nel flusso magnetico nella bobina mobile provoca la creazione di una tensione CA attraverso di essa per induzione elettromagnetica. Questa tensione CA viene quindi emessa come segnale del microfono.

A seconda della direzione dello spostamento relativo tra il conduttore e il campo magnetico, verrà applicata una tensione positiva o negativa attraverso il conduttore. Ciò significa che abbiamo a che fare con la corrente alternata, che è anche il modo in cui funzionano i segnali audio(ci stiamo arrivando!).

Ci sono 3 fattori che determinano la quantità di tensione che verrà applicata attraverso la bobina mobile di un microfono dinamico. Sono:

1. Il numero di spire nella bobina mobile: aumentando il numero di spire nella bobina conduttrice, aumentiamo essenzialmente il numero di conduttori che passano attraverso il campo magnetico. La quantità di tensione indotta attraverso la bobina mobile è la somma di tutta la tensione attraverso ogni singolo anello della bobina.
2. La velocità della bobina mobile – Aumentando la velocità della bobina mobile, ci muoviamo attraverso il campo magnetico più velocemente e quindi abbiamo una più veloce velocità di variazione del flusso magnetico.
3. L’intensità del campo magnetico: aumentando l’intensità del campo magnetico, abbiamo un flusso magnetico maggiore quando le linee di campo sono perpendicolari a una determinata area. Pertanto, il potenziale cambiamento nel flusso magnetico è maggiore.

In un microfono, il numero di loop nella bobina mobile e l’intensità del campo magnetico sono costanti. Pertanto, è la velocità della bobina mobile che determina la variazione di tensione attraverso quella bobina mobile.

Il diaframma del microfono è fissato alla bobina mobile. Quindi, è il movimento del diaframma che si traduce in un segnale audio.

Anatomia di un microfono dinamico

I microfoni dinamici sono disponibili in tutte le forme e dimensioni. Tuttavia, per quanto diversi, il loro principio di funzionamento rimane lo stesso.

Ci sono molte parti dell’anatomia del microfono che sono comuni tra i microfoni dinamici: il diaframma, la bobina mobile, i magneti, ecc. Senza entrare in ogni parte di un microfono, parliamo degli elementi essenziali che compongono i microfoni dinamici a bobina mobile.

Le quattro parti determinanti di un microfono dinamico a bobina mobile:

Il diaframma dinamico

Cos’è il diaframma di un microfono? Un diaframma del microfono è una sottile membrana sospesa ai suoi bordi in una capsula del microfono. Lo scopo di un diaframma è di muoversi quando è soggetto a pressione sonora e, a sua volta, avviare il processo del microfono/trasduttore di conversione delle onde sonore in segnali microfonici.

Il diaframma del microfono dinamico è fissato alla bobina mobile, quindi quando la pressione sonora fa vibrare il diaframma, la bobina mobile vibra con esso. Ora che comprendiamo l’induzione elettromagnetica, possiamo davvero capire il ruolo centrale che il diaframma gioca in un microfono dinamico.

Di cosa è fatto il diaframma?

I diaframmi dei microfoni dinamici professionali sono in genere realizzati con pellicola di poliestere(nota anche come «foglio di plastica» o con il marchio comune «Mylar»). Il tipo, il grado e lo spessore esatti della pellicola di poliestere variano da microfono a microfono e da produttore a produttore.

In che modo la bobina mobile influisce sul diaframma?

La bobina mobile è collegata a una fessura circolare nel diaframma. Se osserviamo il diaframma di un microfono dinamico, vedremo un cerchio più piccolo all’interno del diaframma che indica la posizione della bobina mobile.

Questa scanalatura significa che il diaframma non è un pezzo liscio e quindi è difficile esprimere esattamente come reagisce alle frequenze sonore attraverso lo spettro udibile.

Poiché la bobina mobile è collegata, aggiunge una massa relativamente grande al diaframma. Questo peso aggiuntivo abbassa le frequenze di risonanza del diaframma e rende più difficile per le frequenze più alte(lunghezze d’onda più corte) spostare il diaframma. Entrambi influiscono sulla risposta in frequenza complessiva del microfono.

Questa immagine mostra il tessuto/schiuma/plastica sopra il diaframma di Shure Beta 52A(a sinistra) e Shure SM58(a destra). Ho incluso collegamenti per controllare questi microfoni su Amazon.

I cerchi interni del tessuto/plastica corrispondono alla scanalatura nel diaframma richiesta per l’attacco della bobina mobile.

La rimozione del panno avrebbe esposto il diaframma per un’immagine migliore, ma non volevo rimuovere il panno inumidito dai miei microfoni.

Come reagisce il diaframma al suono?

È la differenza di pressione sonora tra la parte anteriore e quella posteriore del diaframma che fa muovere il diaframma avanti e indietro nella sua posizione di riposo. Si noti che lo spostamento del diaframma è molto piccolo quando si reagisce a pressioni sonore variabili. Ma non ci vuole molto movimento per ottenere ciò di cui abbiamo bisogno!

La manipolazione delle differenze di pressione dell’aria tra la parte anteriore e quella posteriore di un diaframma è il modo in cui i produttori ottengono vari schemi polari.

Poiché la bobina mobile si muove insieme al diaframma, lo spostamento del diaframma è fondamentale per ottenere un segnale forte da un microfono dinamico a bobina mobile.

Il driver(bobina mobile)

Cos’è un conduttore elettrico? Un conduttore elettrico è qualsiasi oggetto o materiale che consente all’elettricità di fluire in una o più direzioni.

La bobina mobile di un microfono dinamico è una bobina avvolta strettamente di filo conduttore di piccolo diametro. Sembra quasi un piccolo anello.

La bobina si muove con il diaframma attraverso un campo magnetico fornito dal magnete permanente del microfono. Fa parte di un circuito chiuso. L’induzione elettromagnetica afferma che quando il filo conduttore si muove attraverso le linee di campo del campo magnetico, viene indotta una tensione attraverso di esso.

La bobina mobile è uno dei due componenti chiave del trasduttore in un microfono dinamico a bobina mobile. La bobina mobile, insieme al magnete, trasforma l’energia delle onde meccaniche(suono) in energia elettrica(segnali microfonici).

Di cosa è fatta la bobina mobile?

La bobina mobile è realizzata in materiale conduttivo ma flessibile. Questo di solito significa rame. Più specificamente, una tipica bobina mobile è costituita da un filo di rame isolato di diametro molto piccolo che viene avvolto molte volte.

Il rame è più comune non solo per il suo prezzo, ma anche perché aiuta a massimizzare l’induzione elettromagnetica e a produrre un forte segnale audio.

• Il rame è altamente conduttivo(5,96 × 10 ⁷ Siemens per metro).
• Il rame è leggero(8,96 g/cm ³) e consente alla combinazione membrana/bobina di essere più reattiva rispetto ai materiali più pesanti.

Come viene posizionata la bobina mobile nel microfono dinamico?

La bobina mobile, come accennato, è fissata fisicamente a una fessura nel diaframma.

A parte il diaframma, la bobina mobile non tocca nulla. La bobina è sospesa all’interno della capsula del microfono in quello che è noto come il «gap» del magnete appositamente progettato.

Il divario è fondamentalmente un anello di spazio vuoto all’interno della struttura del magnete che è sufficientemente ampio da consentire alla bobina mobile di risiedere senza toccare il magnete. L’espansione del polo nord magnetico si trova tipicamente all’interno della bobina, mentre l’espansione del polo sud magnetico si trova all’esterno della bobina.

Si prega di notare che il filo ha un diametro molto piccolo, ma è avvolto molte volte nella bobina generale. Questo produce tre vantaggi principali:

• Il traferro del magnete può essere ridotto, concentrando(rafforzando) il campo magnetico attorno alla bobina.
• È possibile una lunghezza del cavo maggiore sulla stessa quantità di bobina. Ciò aumenta la conduttività.
• Più spire nella bobina significa essenzialmente un aumento del numero di conduttori che attraversano il campo magnetico.

Il magnete e le sue espansioni polari

Che cos’è un magnete e quali espansioni polari? Un magnete è qualsiasi materiale o oggetto che produce un campo magnetico. Le espansioni polari sono masse di ferro o altro materiale magnetico che formano l’estremità di un elettromagnete e lavorano per concentrare/dirigere le linee di forza magnetica.

Il magnete, completo delle sue espansioni polari, ha solitamente una forma complessa(un po’ strana) all’interno del microfono dinamico.

Il «layout tipico» di cui parlerò qui utilizza quanto segue:

• Anello magnetico principale.
• Piastra superiore a forma di anello.
• Piastra del montante inferiore a forma di disco.
• Posta cilindrica.

Il magnete permanente all’interno di un microfono dinamico fornisce il campo magnetico necessario per la conversione dell’energia delle onde meccaniche in energia elettrica. Senza il magnete, non si verificherebbe alcuna induzione elettromagnetica e nessuna quantità di spostamento del diaframma o movimento della bobina risulterebbe in alcun segnale audio.

Di cosa sono fatti i magneti e i poli?

Il magnete ad anello principale deve essere robusto per le sue piccole dimensioni ed è solitamente costituito da una forte ferrite o neodimio.

Le espansioni polari necessarie per «estendere» adeguatamente i poli magnetici del magnete sono solitamente realizzate in ferro dolce.

Come vengono assemblati i magneti e le espansioni polari?

Il magnete deve creare un campo magnetico forte e concentrato attorno alla nostra piccola bobina mobile di filo conduttore.

Abbiamo bisogno di un design specifico e magneticamente complesso con uno spazio circolare per far risiedere la bobina mobile. In aggiunta a ciò, normalmente abbiamo bisogno che l’interno dello spazio sia il polo nord del magnete e l’esterno sia il polo sud.

Questo non è pratico con un singolo magnete. Pertanto, le espansioni polari sono incorporate nel design.

L’anello magnetico principale al neodimio fornisce la maggior parte dell’intensità del campo magnetico. L’anello è posizionato parallelamente al diaframma con il suo polo sud più vicino al diaframma.

Un anello del polo superiore è posizionato sopra il magnete(lato del diaframma) per estendere il polo sud.

La piastra del polo inferiore si trova nella parte inferiore del diaframma e estende il polo nord.

Un’espansione polare cilindrica viene quindi estesa dal centro della piastra polare inferiore verso il diaframma, estendendo ulteriormente il polo nord del magnete.

In sintesi, il design dinamico della capsula/cartuccia del microfono a bobina mobile implica quanto segue:

• Un magnete ad anello(polo sud più vicino al diaframma): questo è un magnete cilindrico con un foro circolare al centro.
• Top Pole Ring(estende il polo sud del magnete verso il diaframma) – L’anello superiore ha un foro interno leggermente più grande del diaframma della bobina mobile.
• Piastra del polo inferiore(estende il polo nord lontano dal diaframma): la piastra del polo inferiore è in realtà una piastra e non presenta fori nel suo design. Al centro della piastra inferiore, c’è un’asta polare che si estende nel diaframma.
• Espansione polare(estende il polo nord dalla piastra inferiore al diaframma all’interno della bobina mobile) – L’espansione polare ha un diametro leggermente inferiore rispetto all’interno della bobina mobile ed estende il polo sud del magnete per essere a filo con il montante superiore piatto.

Ecco un diagramma in sezione trasversale che ho realizzato per rappresentare visivamente meglio la capsula del microfono dinamico.

• Il diaframma è disegnato in arancione.
• La bobina mobile è disegnata in viola.
• Il magnete principale è disegnato in rosso.
• Le espansioni polari sono disegnate in verde.
• Le onde sonore sono rappresentate in nero.
• I poli della struttura magnetica generale sono etichettati N(polo nord) e S(polo sud).
• I fili del segnale alle estremità della bobina mobile sono disegnati in blu, completando un circuito elettrico con il trasformatore.

Il circuito passivo/trasformatore boost

Ho raggruppato qui il circuito passivo e il trasformatore. Insieme sono costituiti da:

• 2 fili di segnale(1 prelevato da un’estremità della bobina mobile).
• Il trasformatore elevatore.
• Cavi segnale audio bilanciati.
• I pin di uscita del microfono.

Perché vengono presi 2 fili di segnale dalla bobina mobile?

Perché l’induzione elettromagnetica funzioni correttamente, abbiamo bisogno di più di un semplice campo magnetico e una bobina di filo conduttore. Abbiamo bisogno di un circuito chiuso che includa la bobina di filo!

In un microfono dinamico a bobina mobile, due fili di segnale sono collegati alla bobina mobile: uno a ciascuna estremità del filo di rame strettamente avvolto. Questi due fili di segnale si collegano a un trasformatore, chiudendo così un circuito elettrico e consentendo l’induzione elettromagnetica.

Cos’è un trasformatore step-up?

Cos’è un trasformatore step-up? Un trasformatore step-up è un dispositivo elettrico passivo che trasferisce energia elettrica da un circuito elettrico a un altro circuito(o più circuiti). Ha un avvolgimento primario con meno giri del secondario per aumentare la tensione dal primario al secondario(riducendo la corrente e l’impedenza).

Un trasformatore step-up «avanza» o aumenta la tensione del segnale ricevuto dal circuito della bobina mobile. È un dispositivo elettrico che riceve un segnale audio in ingresso CA(dalla bobina mobile) e produce un relativo segnale audio in uscita CA(all’uscita del microfono) senza alcuna connessione fisica tra ingresso e uscita.

Il trasformatore elevatore è progettato con due bobine separate di filo isolato, entrambe avvolte attorno allo stesso nucleo magnetico. Queste due bobine non creano mai una connessione fisica tra loro e sono quindi isolate l’una dall’altra. Queste bobine sono chiamate «avvolgimenti».

Ecco un semplice disegno che ho realizzato per rappresentare il trasformatore step-up di un microfono dinamico a bobina mobile:

• I cavi di segnale sono disegnati in blu.
• L’avvolgimento primario(in un circuito con la capsula/cartuccia) è disegnato in arancione.
• Il nucleo magnetico è disegnato in rosso.
• L’avvolgimento secondario(in un circuito con la connessione di uscita del microfono) è disegnato in verde.
• Il grifone centrale è disegnato in viola.

Analizziamo ciascuno degli avvolgimenti e i loro circuiti:

• L’avvolgimento primario completa un circuito AC con la bobina mobile della capsula dinamica(questo è l’”ingresso” del trasformatore del microfono).
• L’avvolgimento secondario completa un circuito AC(un segnale audio bilanciato) con l’uscita del microfono.

Gli avvolgimenti sono solitamente realizzati con filo di rame conduttivo e il nucleo magnetico è costituito da materiali come ferro e ferrite.

La corrente alternata dell’avvolgimento primario induce un campo magnetico variabile nel nucleo magnetico del trasformatore, che, a sua volta, induce una corrente alternata dell’avvolgimento secondario.

Ciò è dovuto a un fenomeno chiamato accoppiamento induttivo, che afferma che ogni volta che un segnale AC passa attraverso l’avvolgimento primario, un relativo segnale AC appare nell’avvolgimento secondario. L’accoppiamento induttivo, come l’induzione elettromagnetica che si verifica nella capsula del microfono dinamico, si basa sul principio dell’elettromagnetismo.

Ricordiamo i 3 fattori che determinano la quantità di tensione che può essere indotta elettromagneticamente in una bobina conduttrice:

1. Il numero di loop nella bobina.
2. La velocità della bobina attraverso un campo magnetico.
3. La forza del campo magnetico.

Non vi è alcun movimento relativo o variazione relativa nell’intensità del campo magnetico tra gli avvolgimenti primario(ingresso) e secondario(uscita) del trasformatore. Pertanto, il numero di anelli nell’avvolgimento secondario deve essere maggiore del numero di anelli nel primario affinché il segnale sia effettivamente «potenziato».

Il rapporto spire tra primario e secondario è teoricamente pari a:

• Il rapporto di tensione tra gli avvolgimenti primari e secondari.
• Il rapporto di corrente tra gli avvolgimenti secondari e primari.

Quindi, un trasformatore step-up aumenta la tensione del segnale audio diminuendo la corrente del segnale audio.

Qual è lo scopo di un trasformatore in un microfono dinamico a bobina mobile?

I microfoni dinamici sono progettati con trasformatori step-up per:

• Aumentare o “alzare” la tensione del segnale indotto.
• Aumentare l’impedenza della tensione del segnale indotto.
• Cambia il segnale indotto in un segnale audio bilanciato.
• Proteggi il microfono dalla tensione CC come l’alimentazione phantom.
• Aiuta a isolare il microfono da altri dispositivi elettronici e RFI.

Aumentare o «aumentare» la tensione del segnale indotto

Un trasformatore con più spire nel suo avvolgimento secondario che nel suo avvolgimento primario aumenterà la tensione del segnale.

Aumentare l’impedenza della tensione del segnale indotto

A parità di tutti gli altri fattori, un numero maggiore di giri in una bobina equivale a un’impedenza maggiore. Poiché l’avvolgimento secondario ha più spire nella bobina rispetto all’avvolgimento primario, aumentiamo efficacemente l’impedenza e la forza del segnale audio.

Questo è importante poiché il segnale indotto nella bobina mobile è debole e ha un’impedenza molto bassa.

Il rapporto tra l’impedenza primaria e l’impedenza secondaria è il quadrato del rapporto delle spire, quindi c’è un notevole aumento dell’impedenza tra l’ingresso e l’uscita del trasformatore elevatore.

Cambia il segnale indotto in un segnale audio bilanciato

Il trasduttore trasforma il nostro segnale sbilanciato dalla capsula del microfono in un segnale bilanciato all’uscita del microfono. Questo viene fatto attraverso un tocco centrale sull’avvolgimento secondario.

Una presa centrale è un punto di contatto realizzato nel punto medio di un conduttore(in questo caso, l’avvolgimento secondario). La presa centrale interrompe efficacemente la tensione totale attraverso l’avvolgimento secondario in due metà e la separa in due segnali.

Questi due segnali sono in polarità opposta l’uno dall’altro, che è esattamente ciò di cui abbiamo bisogno per un segnale audio bilanciato.

• Il filo del pin 2 prende la metà «polarità positiva» dell’avvolgimento.
• Il filo del pin 3 prende la metà dell’avvolgimento di «polarità negativa».

Il pin 1 o massa completa l’uscita bilanciata di un microfono dinamico a bobina mobile professionale.

Una nota a margine davvero interessante qui è che a causa della natura bidirezionale del trasformatore, la sua uscita(avvolgimento secondario) può diventare il suo ingresso(avvolgimento primario). Ciò significa che se inviamo un segnale audio al microfono(alla sua uscita), possiamo effettivamente «ridurlo» e inviarlo alla bobina mobile. La bobina mobile inizierà a muoversi a causa del proprio campo magnetico, trasformando efficacemente il nostro microfono dinamico in un altoparlante molto piccolo. Il design della capsula dinamica è molto simile a quello di un altoparlante e il microfono dinamico viene spesso definito «altoparlante capovolto».

Proteggere il microfono dalla tensione CC come l’alimentazione phantom

La tensione CC non provoca un campo magnetico alternato. Pertanto, i trasformatori non consentono il passaggio di alcuna tensione CC, «proteggendo» efficacemente qualsiasi microfono dinamico dall’alimentazione phantom CC a 48 volt o da qualsiasi altra quantità di tensione CC.

Aiuta a isolare il microfono da altri dispositivi elettronici e RFI

I trasformatori isolano anche i tuoi microfoni da altri dispositivi elettronici e bloccano le RFI(interferenza di radiofrequenza). Questo perché il primario e il secondario non si toccano fisicamente. Possiamo risolvere i problemi di ronzio isolando(«sollevando») il terreno di diversi dispositivi.

Si noti che alcuni microfoni a bobina mobile dinamici non hanno un trasformatore e si basano su un circuito di preamplificatore integrato per amplificare e bilanciare il segnale rifiutando RFI e ronzio AC. Alcuni microfoni includono anche un tipo di bobina humbucker(come nei pickup per chitarra) per ridurre il ronzio nel segnale audio.

Inoltre, tieni presente che non tutti i trasformatori sono costruiti allo stesso modo e la qualità del trasformatore influenzerà la risposta in frequenza e la massima tensione di ingresso prima della distorsione. I trasformatori economici spesso degradano il segnale. Maggiori informazioni su questo nella sezione Ottimizzazione del microfono dinamico a bobina mobile.

La catena portacavi: dalla sorgente sonora all’uscita del microfono

Ho pensato che sarebbe stato bello descrivere il percorso energetico della voce attraverso un microfono dinamico. Mi riferirò al suono/audio come energia per approfondire la nostra comprensione del microfono come trasduttore(un dispositivo che converte una forma di energia in un’altra forma di energia).

Ecco un elenco delle forme di energia che saranno coinvolte in questa sezione:

• Energia dell’onda meccanica: l’energia associata al movimento e alla posizione di un oggetto fisico.
• Energia acustica: l’energia associata alla vibrazione della materia in un fluido(aria) lungo un’onda meccanica(onda sonora).
• Energia elettrica: L’energia associata alla tensione e alla corrente attraverso un circuito.

Tieni presente che queste non sono descrizioni perfette, solo brevi spiegazioni per evitare confusione.

Iniziamo con la prima interazione che il microfono ha con le onde sonore vocali.

• Il suono vibra intorno al diaframma. Energia acustica.

• La differenza di pressione sonora tra la parte anteriore e quella posteriore del diaframma fa vibrare avanti e indietro nella sua posizione di riposo. Trasduzione dell’energia delle onde da acustica a meccanica.

• La bobina mobile è collegata alla bobina mobile e si muove con essa. energia meccanica .

• Il movimento della bobina nel campo magnetico provoca l’induzione di una tensione CA attraverso di essa. Trasduzione dell’onda meccanica in energia elettrica .

• Un filo di segnale da ciascuna estremità della bobina mobile crea un circuito con l’avvolgimento primario del trasformatore step-up. Energia elettrica .

• La tensione CA attraverso l’avvolgimento primario induce un campo magnetico variabile nel nucleo magnetico del trasformatore. Energia elettrica .

• Il campo magnetico variabile nel trasformatore elevatore induce una tensione CA più elevata nell’avvolgimento secondario. Energia elettrica.

• La bobina secondaria è al centro, creando polarità inversa sui pin 2 e 3(audio bilanciato). Energia elettrica.

• Il pin 1 è collegato a massa sul microfono e, insieme ai pin 2 e 3, il segnale audio viene inviato attraverso l’uscita del microfono. Energia elettrica .

Il punto in cui inviamo questo segnale audio in uscita va oltre lo scopo di questo articolo, ma potrebbe essere a un preamplificatore microfonico, un’interfaccia audio, direttamente a un mixer o altoparlante, ecc. Ci sono molte opzioni!

Ottimizzazione dinamica del microfono a bobina mobile

Quindi ora abbiamo una solida idea di come il microfono dinamico a bobina mobile converte il suono in segnali elettrici. Tuttavia, ciò non significa necessariamente che il segnale audio suoni alla grande.

Ci sono alcuni problemi intrinseci con i microfoni dinamici che devono essere «aggiustati» in modo che i loro segnali di uscita possano essere utilizzati nel mondo reale.

Parliamo di come i produttori risolvono i seguenti problemi inerenti ai microfoni a bobina mobile dinamici:

• Risposta in frequenza non lineare.
• Rumore di manipolazione dovuto a vibrazioni meccaniche.

Risposta in frequenza indotta non lineare

Il grosso problema, troppo semplificato, è la risposta in frequenza. Il segnale audio «di base» che otteniamo da un diaframma, bobina mobile, magnete e trasformatore ha una risposta in frequenza non lineare.

Perché le risposte in frequenza dei microfoni dinamici a bobina mobile sono intrinsecamente colorate?

• La frequenza di risonanza del diaframma(dipende dalla forma, dimensione, rigidità, massa del diaframma e massa della bobina mobile).
• Alloggiamento, griglia, tessuto e altri materiali(che smorzano le frequenze più alte/hanno le proprie frequenze di risonanza).
• La massa del diaframma e della bobina mobile crea inerzia e rende il microfono meno sensibile alle lunghezze d’onda corte/alte frequenze.
• I trasformatori spesso emettono frequenze basse e alte.

frequenze di risonanza acustica

Poiché il diaframma di un microfono dinamico è attaccato a una bobina mobile(e quindi ha più massa), tende ad avere una frequenza di risonanza bassa che è nella gamma del nostro udito.

Il diaframma è soggetto al massimo spostamento alla sua frequenza di risonanza. Questo maggiore offset significa che il microfono genererà il massimo guadagno a questa frequenza, rendendo la risposta in frequenza del microfono non lineare.

Per ridurre al minimo o «smorzare» questa frequenza di risonanza, i produttori utilizzano cavità d’aria sintonizzate dietro e attorno al diaframma insieme a materiale in tessuto smorzante con impedenza acustica specifica.

Le cavità d’aria sono dimensionate in modo che le onde stazionarie al loro interno annullino gli effetti della frequenza di risonanza della combinazione diaframma/bobina mobile. Il panno inumidito è posto all’interno delle cavità del microfono e ha un’impedenza acustica specifica che è più forte alla frequenza di risonanza.

Piccoli slot sono spesso disposti nei diaframmi dei microfoni dinamici per «attenuare» i picchi alle frequenze di risonanza, aiutando a smussare la risposta in frequenza.

Anche l’alloggiamento del microfono e l’alloggiamento della capsula hanno le proprie frequenze di risonanza che potrebbero causare vibrazioni nel diaframma.

Diminuzione della sensibilità alle alte frequenze

Il diaframma di un microfono a bobina mobile è pesante. Questo perché la bobina mobile è attaccata al diaframma.

Le alte frequenze hanno forme d’onda corte, che hanno difficoltà a spostare diaframmi pesanti. Per questo motivo, i microfoni dinamici a bobina mobile hanno spesso un forte calo nella risposta in frequenza superiore.

Per ampliare la gamma della risposta in frequenza, nel design del microfono dinamico è spesso incluso un tipo di cappuccio del risonatore.

Questo cappuccio del risonatore è un volume d’aria nella parte superiore della parte anteriore del diaframma sintonizzato su un’alta frequenza di risonanza. Più piccola è la cavità, maggiori sono le sue frequenze di risonanza.

In realtà il cappuccio del risonatore non è molto in grado di estendere la risposta in frequenza di un microfono dinamico. Tuttavia, può essere sintonizzato(e più spesso) al punto in cui la risposta in frequenza del diaframma inizia a diminuire, creando una sorta di picco di risonanza prima del rolloff degli acuti.

Trasformatore o senza trasformatore?

I trasformatori step-up nei microfoni dinamici hanno dei limiti. Rapporti di svolta più elevati producono un segnale di uscita maggiore rispetto all’ingresso, ma tendono ad avere più limitazioni. C’è un atto di equilibrio nella progettazione di un trasformatore adatto per un microfono.

Quando si progetta o si acquista un trasformatore per microfono, i produttori dovrebbero considerare quanto segue:

• Più giri nell’avvolgimento secondario significano più resistenza tra gli avvolgimenti e provocano una caduta di frequenza inferiore.
• Meno giri nell’avvolgimento primario significa meno induttanza primaria e quindi più roll off delle basse frequenze.

Esistono molti trasformatori di alta qualità progettati per l’audio che funzionano bene con i microfoni a bobina mobile dinamici.

Detto questo, per evitare il costo elevato dei trasformatori di alta qualità, alcuni microfoni dinamici sono progettati con circuiti più complessi che hanno praticamente tutti i vantaggi dei trasformatori di alta qualità.

Rumore dovuto a vibrazioni meccaniche

Qualsiasi vibrazione della bobina mobile causerà un segnale corrispondente all’uscita del microfono.

Per ridurre le vibrazioni meccaniche, vengono spesso utilizzati materiali isolanti come la gomma tra le parti adiacenti del microfono.

Tutti i microfoni dinamici hanno una qualche forma di supporto antiurto interno che isola la loro capsula/cartuccia(diaframma, bobina mobile, magnete e alloggiamento) dall’impugnatura.

Tutto qui è correlato

L’ottimizzazione di un microfono dinamico a bobina mobile è un grande gioco di equilibrio. Tutto è correlato.

Nessun volume d’aria, pezzo di panno inumidito, boccaglio, isolatore o supporto antiurto risolveranno un problema senza modificare altri aspetti del microfono.

Viene prestata particolare attenzione a ogni singola misurazione durante la progettazione di qualsiasi microfono professionale. Pezzi apparentemente piccoli di design dinamico del microfono avranno grandi effetti sul suono generale del microfono.

Caratteristiche generali dei microfoni dinamici a bobina mobile

Alcune generalizzazioni possono essere fatte da microfoni dinamici.

Sebbene non sia sempre così, si presume generalmente che i microfoni dinamici a bobina mobile abbiano le seguenti caratteristiche:

Colore della risposta in frequenza

Una risposta in frequenza colorata significa sostanzialmente che un microfono non è ugualmente sensibile a tutte le frequenze udibili. I microfoni colorati hanno picchi, valli e/o cali nelle loro risposte in frequenza.

Come abbiamo discusso, la risposta in frequenza di un microfono dinamico a bobina mobile è tutt’altro che lineare:

• Le frequenze di fascia alta vengono generalmente eliminate, poiché le lunghezze d’onda corte non sono efficaci nel far vibrare il diaframma pesante.
• Di solito ci sono frequenze di risonanza udibili nella parte del diaframma/bobina vocale del microfono.
• Il «gioco di bilanciamento» della risoluzione delle frequenze di risonanza intrinseche può o meno causare altri picchi e avvallamenti nella risposta in frequenza udibile del microfono dinamico.
• Il trasformatore avrà spesso qualche effetto nell’attenuare le frequenze alte e basse.

Sebbene queste non linearità siano spesso viste in senso negativo, la colorazione dei microfoni dinamici è diventata uno dei loro maggiori punti di forza. Per esempio:

• I microfoni dinamici hanno spesso aumenti naturali tra 2 e 10 kHz, che sono commercializzati come «amplificatori di presenza».
• Le sue attenuazioni di fascia alta sono spesso preferite per voci e strumenti con bassi pesanti.

Semplice circuito passivo

Il tipico microfono dinamico a bobina mobile è completamente passivo. Il principio del trasduttore di induzione elettromagnetica non richiede alimentazione.

Il circuito per i microfoni dinamici a bobina mobile(soprattutto quelli con trasformatori) è molto semplice.

Il circuito tipico è formato da un circuito chiuso tra la bobina mobile e l’avvolgimento primario; il trasformatore; e il circuito aperto bilanciato dall’avvolgimento secondario al jack di uscita del microfono.

Le cose si complicano un po’ sostituendo il trasformatore con un circuito di modellatura della risposta passiva, ma rispetto al condensatore dinamico e ai microfoni a nastro attivi, questo è ancora un design molto semplice.

Bassa sensibilità e alto livello di pressione sonora massima

Poiché non sono presenti amplificatori o altri circuiti attivi nei microfoni passivi a bobina mobile, questi microfoni dinamici presentano le seguenti caratteristiche:

• Valutazioni di sensibilità basse: le uscite tipiche del livello del microfono dai microfoni a bobina mobile dinamici sono molto inferiori rispetto ai microfoni attivi.
• Livelli di pressione sonora massimi elevati: è praticamente impossibile sovraccaricare il diaframma di un microfono a bobina mobile. Allo stesso modo, è praticamente impossibile sovraccaricare semplici circuiti passivi.

Inoltre, poiché la bobina mobile aggiunge una massa relativamente grande al diaframma, i microfoni dinamici non sono molto sensibili ai suoni sottili.

Se pensiamo alla sensibilità in termini di reattività del diaframma alla pressione sonora, vedremmo i microfoni a bobina mobile, ancora una volta, piuttosto insensibili. Il loro peso rende relativamente difficile il movimento delle onde sonore. Ciò produce una risposta transitoria relativamente lenta e insensibilità alle onde sonore più deboli.

grande durata

I miei mentori scherzano sul fatto che i microfoni dinamici possono sopravvivere a esplosioni nucleari o di piantare chiodi con loro. Il punto è che i microfoni dinamici a bobina mobile sono resistenti e durevoli.

Tralasciando l’involucro esterno(tutti i microfoni professionali hanno una custodia), i microfoni dinamici sono molto robusti.

• Il suo circuito passivo e la capsula/cartuccia sono resistenti all’umidità.
• Il diaframma, la bobina mobile e il magnete sono protetti dall’alloggiamento della capsula all’interno di un supporto antiurto e sono altamente resistenti ai traumi fisici.
• La parte più sensibile del microfono è il diaframma stesso, che di solito è molto ben protetto all’interno di una griglia.

5 comuni microfoni dinamici a bobina mobile

Potresti pensare che io sia ossessionato dal produttore americano di microfoni Shure guardando l’elenco qui sotto. Ti assicuro che non sono solo. SM58, SM57 e SM7B sono forse i 3 migliori microfoni a bobina mobile sul mercato. Ho usato professionalmente i seguenti 5 microfoni, quindi condividerò la mia esperienza con ciascuno di essi.

Invece di creare «mini-recensioni» di ciascuno dei 5 microfoni comuni, condividerò le specifiche che li rendono tipicamente dinamici. Mi collegherò anche alle schede tecniche a cui mi riferisco in modo da poter dare un’occhiata migliore alle specifiche del microfono(in particolare le tabelle di risposta in frequenza).

Quindi ecco 5 microfoni dinamici a bobina mobile comuni(se non i più comuni) sul mercato:

• Shure-SM58
• Shure-SM57
• Shure SM7B
• Elettro-Voce RE20
• Sennheiser MD 421 II

Vale la pena notare che nessuno di questi microfoni ha dichiarato esplicitamente un livello massimo di pressione sonora nelle schede tecniche.

Vale anche la pena notare che tutti e 5 i microfoni hanno un diagramma polare cardioide. Questo non ha nulla a che fare con i microfoni dinamici, ma piuttosto con la popolarità del pattern direzionale cardioide.

Shure-SM58

Ho usato l’SM58 su; armadietti per chitarra(e), e.

Lo Shure SM58 è quello che chiamerei un microfono per eccellenza. Non riesco a pensare per le altre persone, ma se dovessi indovinare cosa pensa la maggior parte delle persone quando sente la parola «microfono», direi che sarebbe un microfono simile allo Shure SM58. È probabilmente il microfono più comune nelle impostazioni live e nella sua immagine sono stati fatti innumerevoli «knockoff».

Link per vedere il prezzo dello Shure SM58 su Amazon.

Specifiche dinamiche della bobina mobile caratteristica di Shure SM58:

• Una risposta in frequenza di «50 Hz – 15.000 Hz» con un roll off dei bassi a 100 Hz e un roll off ripido delle alte frequenze a partire da circa 10.000 Hz.
• Sensibilità di –54,5 dBV/Pa(1,85 mV) 1 Pa = 94 dB SPL.
• Ha un trasformatore step-up.
• Un’impedenza di uscita di 300 ohm.
• Sistema di smorzamento pneumatico.
• «Qualità, robustezza e affidabilità leggendarie Shure.»

Fare clic qui per la scheda tecnica di riferimento Shure SM58.

Shure-SM57

Ho usato l’SM57 alla voce(dal vivo); cabinet per chitarra(live e studio), batteria(live e studio) e ottoni(live).

Lo Shure SM57 è un ottimo microfono dinamico ed è estremamente comune sia dal vivo che in studio.

Specifiche dinamiche della bobina mobile caratteristica di Shure SM57:

• Una risposta in frequenza di «40 Hz – 15.000 Hz» con un roll off dei bassi a 200 Hz e un roll off ripido delle alte frequenze a partire da circa 12.000 Hz.
• Sensibilità di -56,0 dBV/Pa(1,6 mV)(1 Pa = 94 dB SPL).
• Ha un trasformatore step-up.
• Un’impedenza di uscita di 310 ohm.
• Sistema di smorzamento pneumatico.
• «Qualità, robustezza e affidabilità leggendarie Shure.»

Fare clic qui per visualizzare la scheda tecnica di riferimento Shure SM57.

Shure SM7B

Questo è il microfono mostrato nell’immagine in evidenza di questo articolo!

Ho usato l’SM7B esclusivamente in studio alla voce(,,) e ai cabinet delle chitarre.

Lo Shure SM7B è uno dei preferiti per la registrazione di voci fuori campo e per esibizioni vocali ad alto volume di tipo «urlo».

Specifiche dinamiche della bobina mobile caratteristica di Shure SM7B:

• Una risposta in frequenza di «50 Hz – 20.000 Hz» con una risposta dei bassi abbastanza piatta ma un pronunciato roll-off delle alte frequenze da circa 12.000 Hz.
• Sensibilità di – 59,0 dB(1,12 mV) 0 dB = 1 volt per pascal.
• Ha un trasformatore step-up.
• Un’impedenza di uscita di 150 ohm.
• Isolamento dell’ammortizzatore interno «sospensione pneumatica».
• «Costruzione robusta ed eccellente protezione della cartuccia per un’affidabilità eccezionale.»

Nota interessante: lo Shure SM7B ha in realtà la stessa capsula dell’SM57 ma un trasformatore diverso e ovviamente un design diverso del case e della griglia.

Fare clic qui per visualizzare la scheda tecnica di riferimento Shure SM7B.

Elettro-Voce RE20

Ho usato il RE20 esclusivamente in studio, casse dei bassi, voci fuori campo e podcast.

Il RE20 è un altro favorito personale per le voci fuori campo. Soprattutto se gli altoparlanti si muovono molto.

Specifiche dinamiche della bobina vocale caratteristica Electro-Voice RE20:

• Una risposta in frequenza di «45 Hz – 18.000 Hz» con un roll off dei bassi a 75 Hz e un roll off ripido delle alte frequenze a partire da circa 12.500 Hz.
• Sensibilità 1,5 mV/Pascal.
• Ha un trasformatore step-up.
• Un’impedenza di uscita di 150 ohm.
• La cassa in acciaio e la bobina di ronzio forniscono un’eccezionale schermatura magnetica.
• «Eccezionalmente robusto con un’eccellente reiezione del rumore di manovrabilità.»

Fare clic qui per la scheda tecnica di riferimento Electro-Voice RE20.

Sennheiser MD 421 II

Ho usato l’MD421 esclusivamente in studio su tamburi, rullanti, casse per bassi e casse per chitarre.

Mi piace molto l’MD421 per la registrazione di tom e per il microfono vicino alle chitarre e ai cabinet dei bassi.

Specifiche dinamiche della bobina mobile caratteristica di Sennheiser MD421 II:

• Una risposta in frequenza di «30 Hz – 17.000 Hz» con un roll off dei bassi a 80 Hz e un roll off ripido delle alte frequenze a partire da circa 15.000 Hz.
• Sensibilità di 2 mV/Pa +/- 3 dB.
• Ha un trasformatore step-up.
• Un’impedenza di uscita di 200 ohm.
• «Microfono professionale robusto.»

Fare clic qui per la scheda tecnica di riferimento Sennheiser MD421 II.

Domande correlate

I microfoni dinamici hanno bisogno di preamplificatori? Sì, tutti i microfoni emettono segnali di livello microfono, che richiedono il guadagno del preamplificatore per raggiungere il livello di linea e funzionare correttamente con apparecchiature audio professionali. I microfoni dinamici hanno valori di sensibilità/livelli di uscita inferiori rispetto ai microfoni a condensatore e richiedono un maggiore guadagno del preamplificatore.

Quali sono le applicazioni dei microfoni dinamici a bobina mobile? I microfoni dinamici a bobina mobile hanno una vasta gamma di applicazioni. Sono spesso usati su strumenti ad alto volume in studio e sul palco; alla voce(soprattutto in trasmissioni e situazioni live); in ambienti bagnati, rumorosi o non ideali; e tante altre situazioni.