SENSORI DI SUONO

1. Gianmarco DusiMattia Vincenzi SENSORI DI SUONO

2. MicrofonoGianmarco Dusi

3. Cos'è un'onda sonora • Onda di tipo meccanico • Onda longitudinale • Movimenti vibratori • Variazioni di pressione

4. Cos'è un microfono • Trasduttore elettromeccanico • Converte pressione in segnale elettrico

5. Origini Microfono Fino al 1925 le riprese d'orchestre avvenivano in maniera acustica

6. Origini Microfono Dal 1925 in poi venne adottato l'uso dei microfoni e degli amplificatori

7. Caratteristiche dei microfoni • Principio di trasduzione • Risposta in frequenza • Sensibilità • Massima pressione acustica • Direzionalità

8. Direzionalità

9. Tipi di microfono • A carbone • A condensatore • Dinamico a bobina mobile • Dinamico a nastro • Electrect • Piezoelettrici

10. Microfono a carbone • Il primo microfono ad entrare nella catena a livello industriale fu il microfono a carbone, già conosciuto in ambito telefonico, ma con caratteristiche acustiche molto limitate per un uso musicale

11. Funzionamento

12. Impedenza medio-bassa Livello di uscita anche molto elevato Risposta in frequenza limitata Rumore interno molto alto Elevata distorsione Caratteristiche

13. Fu sviluppato nel 1926 da E.C. Wente nei laboratori Bell Nel 1928 a Berlino, Georg Neumann produsse il modello CMV3, chiamato “bottiglia”, padre dei modelli ancora oggi tra i più utilizzati negli studi Microfono a condensatore

15. Funzionamento • Tensione continua 50V • Diaframma sollecitato fa variare la distanza tra le armature del condensatore, modulando la tensione continua che segue l'andamento di pressione dell'onda sonora • Necessita di un circuito che ne adatti l'impedenza per un giusto interfacciamento; quest'ultimo può essere causa di rumore elettrico

16. Modulatore in alta frequenza collegato ad un quarzo Frequenze superiori a quelle udibili quindi prive di rumore di fondo Demodulazione in bassa frequenza Svantaggio: fragilità dei quarzi Caso particolare: tipo RF

17. Caratteristiche • Impedenza altissima in cc 1Gohm • Alto livello d'uscita 100mV • Distorsione molto bassa • Risposta molto lineare • Delicato e sensibile all'umidità tranne che per l'RF

18. Cenno al Microfono Electret • Sviluppato negli anni 70, ha un funzionamento simile ai microfoni a condensatore • Dotato di un diaframma polarizzato in maniera permanente • Lavora con una batteria interna per alimentare il circuito interno • Qualità nettamente inferiore a quello a condensatore • Utilizzato per lo più nella telefonia mobile e per uso industriale

21. Microfono dinamico bobina mobile • 1920 inizio ricerca • 1931 inizio produzione • Utilizzavano una bobina a filo che si muoveva a velocità indipendente dalla frequenza del suono • La sensibilità e di conseguenza il valore della tensione in uscita era data dal valore dell'impedenza del sistema stesso • Collegamenti a grande distanza senza rilevanti perdite di qualità del segnale

22. Funzionamento • Diaframma collegato a bobina mobile • Bobina immersa in un campo magnetico • Diaframma messo in vibrazione dalle onde sonore, oscillando fa muovere la bobina generando la tensione elettrica • La tensione segue l'andamento dell'onda sonora

23. Caratteristiche • Insensibilità ai rumori meccanici esterni • Effetto di prossimità • Elevate pressioni acustiche supportate • Bassa impedenza 50ohm • Basso livello d'uscita (1mV) • Risposta sufficientemente lineare • Grande robustezza costruttiva

24. Microfono dinamico a nastro • Introdotto nel 1931 con il modello 44A • Divenne uno dei più apprezzati per la registrazione della voce • Molto fragili, e spesso il diaframma, sollecitato con un segnale troppo alto, oppure per qualche urto al microfono, si rompe facilmente • Vengono utilizzati quindi, per situazioni tranquille, come il parlato in studio o per la ripresa di alcune strumenti a fiato

25. Funzionamento • Diagramma corrugato teso tra due poli di un magnete permanente • Microfono adatto a vibrare a frequenza basse conferendo al suono “catturato” il calore che solo bassi profondi possono dare

26. Caratteristiche • Bassissima impedenza 10ohm • Basso livello d'uscita <1mV • Distorsione bassa • Risposta molto lineare • Diagramma polare a 8

27. Molto diffuso, sfrutta l'effetto piezoelettrico che si manifesta in alcuni cristalli Quando le onde sonore mettono in vibrazione la membrana, essa fa variare la pressione su un cristallo piezoelettrico, generando una differenza di potenziale Microfono Piezolettrico

28. Caratteristiche • Altissima impedenza >1Mohm • Alto livello d'uscita 100mV • Distorsione elevata • Risposta non molto lineare • Adatto per alcuni tipi di trasduttori da misura(accelerometri)

29. Microfono a pressione e gradiente di pressione É un ulteriore classificazione dei microfoni 1 caso (a pressione): Onde sonore avvolgono la bobina da ogni direzione investendola su tutta la sua superficie • Omnidirezionale, cioè “a pressione”, risponde alle sollecitazioni della pressione acustica imposta dalle onde incidenti

30. 2 caso (a gradiente di pressione): Per ottenere una qualsiasi direzionalità diversa, bisogna sottrarre al processo di trasduzione i suoni provenienti dalle direzioni indesiderate Fenomeno della “fase acustica” Segnali non desiderati vengono cancellati per effetto della controfase Esposizione della membrana alle onde sonore anche nella parte posteriore tramite la creazione di un condotto acustico

31. Suoni riflessi dall'ambiente con intensità diminuita e polarità invertite Onde riflesse con polarità invertita e ampiezza uguale si annullano, a favore delle onde dirette Il condotto acustico crea una linea di ritardo prefissata Più è ampia la banda di frequenze interessate dalla cancellazione di fase, più è direzionale il microfono

33. Detto anche “shotgun” Nel labirinto acustico le onde riflesse interferiscono tra loro cancellandosi Diagramma polare “a clava” Adatto a scopi specifici Tenuta a fuoco del segnale Microfono ad interferenza

35. Idrofono e Sonar Mattia Vincenzi

36. E' un microfono progettato per acustica sottomarina Vengono utilizzati per rilevare scogli, profondità, navi, banchi di pesce Per misurare la distanza si misura il tempo che impiega un'onda a raggiungere il corpo e a ritornare riflessa alla sorgente Cos'è un idrofono

37. 1906: L. Nixon (per rilevare iceberg) 1913: L.Richardson (primo brevetto ecoscandaglio) 1914: Reginald (primo sonar) 1916: R. W. Boyle (sonar per uso militare) Origini idrofono

38. Il primo idrofono • Sfera cava di gomma collegata ad un tubo di metallo • Onde sonore mettono in vibrazione la sfera • Le vibrazioni si trasmettono all'aria contenuta nella sfera e anche nel tubo metallico • Infine venivano convogliate all'orecchio dell'ascoltatore (quindi solo ricevitore)

39. Idrofono attuale • I primi convertivano la pressione in segnale elettrico • Successivamente sono comparsi quelli piezoelettrici: materiali che generano tensioni sotto sollecitazione meccanica e viceversa • Possono essere sia ricevitori che emettitori

40. Idrofoni piezoelettrici ceramici • Disco di ceramica piezoelettrica • Armature di argento coprono il disco ambo i lati • Conduttori collegate ad armature • Corpo di plastica speciale (isola elettricamente ma conduce le onde acustiche)

41. Funzionamento • Onde mettono in vibrazione disco ceramica • Formazione di cariche elettriche sulle armature • Invio cariche all'esterno tramite conduttori • La tensione in uscita generata è proporzionale alla pressione

42. Prisma retto Cilindro cavo Riceve su tutta la superficie esterna del cilindro Riceve le onde nelle direzioni intorno alla perpendicolare ad esse DIRETTIVITA'

43. Quelli precedenti non si adattano alla realizzazione di basi di emettitori Segnale emesso in tutto lo spazio circostante Spreco di energia Idrofono come emettitore

44. Cilindro cavo come emettitore • Armature disposte sulle basi del cilindro • Masse collegate alle basi (una leggera e una pesante) • Vibrazione trasferita alla massa più leggera • Massa più pesante smorza le vibrazioni Energia trasmessa solo in un lato

46. Direttività verticale Direttività cilindro cavo Direttività orizzontale

47. Sensibilità cilindro cavo La scelta delle frequenze di lavoro e quindi del tipo di idrofoni è legata alle specifiche operative dell'utilizzatore

48. Direttività al variare della frequenza

49. Idrofono TC4035

50. Idrofono TC4035