Le conseguenze sonore dell'utilizzo di protezioni per vento, pioggia e virus sui microfoni

Riepilogo

Vento: il vento crea rumore indesiderato nei microfoni che richiedono filtri antivento/schermature per mitigare i problemi. Questi pratici accessori sono in grado di controllare il rumore generato in ambienti ventosi (riduzione fino a 20-30 dB). In generale, per queste soluzioni, le prestazioni aumentano con l'aumentare delle dimensioni del filtro. Se il vento è forte, un taglio sulle basse frequenze nel canale di registrazione (o nel microfono) è una buona protezione contro la possibile saturazione dell'ingresso in gamma bassa.

Pioggia: la maggior parte degli antivento può mitigare il problema della pioggia, almeno per un certo periodo di tempo. Tuttavia, se il filtro si bagna, la ripresa sarà compromessa. Per questo motivo, è una buona idea portare filtri aggiuntivi (asciutti), poiché l'asciugatura completa di uno bagnato può richiedere ore. Un'alternativa per la pioggia è l'utilizzo di un sacchetto di plastica protettivo se il lavoro non prevede la ripresa durante la pioggia. Attenzione però, se il sacchetto di plastica viene posizionato sopra un filtro bagnato, l'umidità intorno al microfono potrebbe comprometterne le prestazioni.

Flusso d’aria vocale: per ridurre i picchi esplosivi nella registrazione vocale in campo vicino, il filtro antipop è uno strumento efficace in studio in quanto mantiene le prestazioni del microfono quasi completamente inalterate. Di solito, il filtro può arrestare il flusso a una distanza maggiore rispetto a un normale antivento.

Protezione dai virus: coprire un microfono con un sacchetto di plastica per proteggerlo dal trasferimento virale è un'idea pratica e funzionale. Tuttavia, è essenziale utilizzare una plastica molto flessibile e sottile (<10 µm). Inoltre, il sacchetto deve essere posizionato liberamente attorno al microfono (non impacchettato), altrimenti potrebbe variare la direttività.

Introduzione

Il vento forte e la pioggia generalmente causano problemi durante la ripresa in esterni, creando rumori indesiderati che vengono rilevati dal microfono. Inoltre, la respirazione, i colpi e gli schiocchi possono anche creare suoni indesiderati durante l'uso ravvicinato del microfono. I microfoni vocali a mano possono anche diffondere batteri e virus.

Per evitare la generazione di rumore indesiderato, è bene proteggere i microfoni dalle intemperie utilizzando windjammers (antivento in pelliccia), antivento in schiuma, griglie o altre soluzioni specializzate. Tuttavia, l'efficacia di queste soluzioni varia notevolmente e raramente vengono fornite specifiche tecniche ben definite che caratterizzino la riduzione del rumore, lo smorzamento spettrale, l'influenza della pioggia e così via. Le informazioni mancanti sono probabilmente in parte dovute alla mancanza di standard completi in questo settore.

Durante la pandemia Covid, l'uso di coperture sostituibili (come i sacchetti di plastica) per impedire il trasferimento del virus sulla superficie del microfono era una pratica comune. Sebbene sia una soluzione perfetta ed economicamente intercambiabile per mantenere i microfoni puliti, influisce considerevolmente sul suono.

Misurazione del rumore del vento

Il rumore generato dal vento viene solitamente misurato in laboratorio per garantire condizioni controllate per le misurazioni [28]. Lo standard "IEC 60268-4 Microphones" descrive possibili "dispositivi" che generano vento controllato (di solito un gran ventilatore). Inoltre, il ventilatore deve essere installato in modo da misurare solo il rumore del vento (non il rumore delle pale/del motore). Nella maggior parte dei casi, questa macchina del vento può produrre velocità che vanno da 0 m/s a >10 m/s.

Le misure tipiche includono lo spettro del rumore rispetto alla velocità del vento, il livello di rumore equivalente rispetto alla velocità del vento o il livello di rumore equivalente rispetto alla direzione. (Il livello equivalente confronta il rumore con quello generato da una fonte di rumore acustico – ovvero la misura di una fonte sonora che genera un suono equivalente al rumore del vento).

Se una macchina del vento non è a portata di mano, è possibile utilizzare il vento naturale (se misurabile). Una soluzione low-tech (probabilmente meno accurata) è posizionare il microfono fuori dal finestrino dell'auto durante la guida. Il tachimetro dell'auto fornisce la velocità effettiva del vento (10 m/s = 36 km/h o 22,34 miglia/h).

Rumore del vento generato in microfoni non protetti

Un microfono senza accessori di protezione è soggetto alle fluttuazioni in bassa frequenza cenerate dal vento. Il microfono può creare, in base alla sua configurazione, fluttuazioni della pressione del vento, a causa della turbolenza intorno al corpo, anche con un vento costante altrimenti privo di fluttuazioni di pressione. Il risultato potrebbe essere un suono udibile indesiderato.

Vento più forte crea ovviamente più rumore. Generalmente, i microfoni omnidirezionali (microfoni a pressione) sono meno sensibili al vento rispetto ai microfoni direzionali (a gradiente di pressione). Tuttavia, il livello di rumore varia con l'incidenza del vento, anche se il microfono è acusticamente omnidirezionale. Uno dei motivi è che l'alloggiamento e la forma del microfono possono influenzare il livello di rumore generato.

Di seguito, due diagrammi mostrano il rumore generato rispetto alla direzione per un microfono a condensatore cardioide da 16 mm e un microfono a condensatore cardioide da 19 mm. La differenza del livello di rumore è di circa 20-30 dB alle basse frequenze.

Le curve mostrano il rumore del vento rispetto alla direzione (incremento di 30°). Su entrambi i tipi di MIC, il rumore è più alto a 0° di incidenza (in asse) e 90 gradi (fuori asse) e più basso a 180°.

 

Fig. 1. Il diagramma superiore mostra il rumore del vento generato in un microfono omnidirezionale 4006 con velocità del vento di 10 m/s da varie direzioni. Il diagramma inferiore mostra il rumore generato in un microfono cardioide 4011 nelle stesse condizioni. Indipendentemente dall'angolo di incidenza del vento, il rumore generato è molto più elevato nel microfono cardioide rispetto al microfono omnidirezionale (banda di 1/3 di ottava). 

Un altro modo per documentare la reazione del microfono al vento è creare un diagramma polare. È simile al diagramma che mostra il modello di direttività, la sensibilità al suono rispetto alla direzione. Di seguito sono riportati due grafici basati sui dati di cui sopra, ma ora misurati come un livello ponderato A e un livello ponderato C, rispettivamente rispetto all'angolo di incidenza del vento. Entrambi i grafici sono normalizzati a 0°, il che significa che il livello di rumore assoluto non viene mostrato ma livellato rispetto a 0°.

Fig. 2. Ora i dati vengono presentati come un diagramma polare. Il diagramma superiore mostra il rumore del vento generato in un microfono omnidirezionale 4006 con velocità del vento di 10 m/s da varie direzioni. La curva rossa è il livello ponderato A rispetto alla direzione normalizzata a 0 dB a 0°. La curva punteggiata blu è il livello ponderato C rispetto alla direzione. Il diagramma a destra mostra gli stessi dati in un microfono cardioide 4011 non protetto. 

Lo scopo delle varie soluzioni di protezione dal vento

La protezione dal vento dovrebbe lasciare l'audio privo di rumore e privo di colorazione/smorzamento spettrale. Sfortunatamente, è difficile ottimizzare entrambi i valori contemporaneamente.

La migliore protezione contro il vento è una scatola rigida chiusa [29]. Tuttavia, il suono non sarà in grado di penetrare. All'opposto, un dispositivo acusticamente trasparente non ferma il vento. Bisogna trovare un compromesso tra questi due estremi.

Antivento in schiuma

La maggior parte dei filtri antivento sono realizzati in schiuma a celle aperte che consente una certa trasparenza acustica. La schiuma può essere costituita da poliuretano (PUR) o materiale simile. Anche la schiuma metallica, con resistenza al flusso equivalente, può ottenere lo stesso risultato [9]. Questi antivento sono spesso sferici/ellissoidali, fornendo il miglior smorzamento del vento da tutte le direzioni. In generale, più grande è il diametro dell'antivento, più si riduce il rumore del vento [5, 9, 16, 17, 19].

I microfoni omnidirezionali non sono molto sensibili al design dell'antivento purché la capsula sia posizionata al centro. Tuttavia, le prestazioni di un microfono cardioide possono variare se la schiuma copre l'ingresso anteriore e posteriore al diaframma, in quanto viene modificata l'effettiva direttività del microfono. Alcuni antivento popolari lasciano uno spazio adeguato vicino a queste aperture per mantenere la direzionalità [29].

Antivento a gabbia, conchiglia/cestello

Antivento a gabbia (anche chiamati a conchiglia/cestello) mirano a bloccare il vento il più lontano possibile dal diaframma. Spesso non aggiungono alcun materiale di assorbimento o smorzamento tra il guscio e il microfono. Il guscio/cestello è costituito da una griglia rigida ricoperta da uno o più strati di maglia fine. Anche qui, la forma sferica è la più efficiente, tuttavia è possibile cambiare il fattore di forma (per i microfoni lunghi) espandendo la sfera, o meglio, inserendo un cilindro tra le semisfere [29].

Fig. 3. Principio di espansione della forma della sfera.

Questo tipo di antivento è anche conosciuto con il soprannome di "Zeppelin" per la sua forma, che ricorda un dirigibile. Sono anche conosciuti come dirigibili (blimp) nell'industria cinematografica.

Lo smorzamento del vento del guscio può essere migliorato aggiungendo uno scudo di schiuma all'interno prima del montaggio o aggiungendo una pelliccia all'esterno (soprannominato "gatto morto"). Ovviamente, l'aggiunta della pelliccia esterna può ridurre la trasparenza acustica.

È importante che la superficie del guscio non vibri con il vento, altrimenti è come aggiungere una sorgente acustica/membrana vibrante vicino al microfono. D'altra parte, l'interno di un cilindro funge da tubo e le onde stazionarie nell'involucro possono influenzare la risposta in frequenza del sistema, secondo risultati DPA non pubblicati in questo articolo.

La Fig. 4. mostra lo smorzamento del vento di un antivento convenzionale a guscio/cestello di Rycote (dati del produttore). Qui, per le misurazioni è stato utilizzato il vento naturale, con una media di 20 misurazioni individuali. Il microfono è di tipo a fucile/tubo di interferenza.

Fig. 4. Curve di smorzamento per antivento standard Rycote + windjammer a pelliccia. Media di 20 letture (dati del produttore).

Per array di microfoni più grandi (una disposizione di diversi microfoni per una configurazione specifica), la creazione di un guscio abbastanza grande da racchiudere tutti i microfoni può essere vantaggiosa, anche se ingombrante.

I microfoni miniaturizzati possono anche utilizzare un antivento in schiuma o un guscio antivento con pelliccia. Le stesse regole si applicano a microfoni di tutte le dimensioni: bloccare il rumore del vento il più lontano possibile dal diaframma. Tuttavia, lo scopo dei microfoni miniaturizzati è quello di mantenere il minimo ingombro possibile. Quindi, ci sono limiti alle dimensioni dell'antivento utilizzabile.

È comune utilizzare piccoli antivento in schiuma, ma spesso non bastano ed è necessaria una soluzione più efficiente. Qui viene utilizzata la soluzione griglia/pelliccia.

La Figura 5 mostra una protezione standard in schiuma e l'antivento miniaturizzato in pelliccia Air1.

Fig. 5. Antivento in schiuma e pelliccia per microfoni miniaturizzati.

Le tre curve in Figura 6 mostrano lo spettro di rumore generato in un microfono lavalier da 5 mm (DPA 4061) senza alcuna protezione, con schiuma e con protezione guscio/pelliccia (misurata a 5 m/s).

Fig. 6 Spettro di rumore del vento a 7,5 m/s per un microfono in miniatura da 5 mm, nudo, con protezione in schiuma e con protezione in pelliccia (Air1). La protezione in pelliccia è la più efficace.

La soluzione in pelliccia beneficia anche dei microfoni miniaturizzati più piccoli (3 mm). La Figura 7 mostra il risultato dell'applicazione di un Air1 a un microfono lavalier DPA 6060.

Fig.7 Spettro di rumore generato dal vento alla velocità di 10 m/s senza e con protezione in pelliccia (Air1). La riduzione del rumore è di circa 27 dB(A).

La maggior parte dei microfoni vocali integra una griglia (più piccola). È costituita da una griglia rigida metallica all'esterno, che fornisce anche protezione meccanica. All'interno, può avere un sottile strato di schiuma e una rete aggiuntiva. La Fig. 5 mostra come il microfono vocale DPA 2028 implementa questi componenti.

Fig.8. Griglia, spugna e rete a protezione del microfono vocale a mano DPA 2028.

L'effetto di un antivento in schiuma, rumore da turbolenza

Lo scopo di un antivento è quello di ridurre il rumore creato nel microfono, non il suono del vento stesso.

Il rumore del vento appare prevalentemente nella gamma delle basse frequenze purché il microfono (o preamplificatore) non aggiunga distorsione. La forma del filtro antivento influisce anche sullo smorzamento. Come accennato, la riduzione del rumore dipende dal diametro del filtro. Quindi, in questo caso, più grande è meglio.

Le curve sottostanti mostrano lo spettro di rumore di un microfono cardioide (gradiente) a stilo da 19 mm non protetto in un campo ventoso naturale e di un microfono identico dotato di un antivento da 60 mm. I due microfoni vengono misurati contemporaneamente. La velocità del vento è compresa tra 4 e 7 m/s. Il tempo medio per l'analisi è di 1 minuto. Il filtro riduce il vento di circa 15-25 dB nella gamma delle basse frequenze.

Fig. 9. Rumore generato in un microfono cardioide 4011 nel campo ventoso naturale (4-7 m/s, varie direzioni, media di 1 minuto). La curva superiore: microfono non protetto. Curva inferiore: microfono dotato di un antivento in schiuma UA0896 per microfono a stilo, Ø19. Lo smorzamento del rumore è nell'intervallo di 15-25 dB alle basse frequenze. (banda di 1/3 di ottava). 

L'effetto di un filtro antivento, smorzamento spettrale

Come accennato in precedenza, è difficile aggiungere la protezione dal vento senza introdurre anche uno smorzamento spettrale. I diagrammi sottostanti mostrano l'effetto dell'antivento sulla risposta in frequenza. Il primo grafico è un microfono omnidirezionale e il secondo è un microfono cardioide. Il filtro è lo stesso come dimostrato sopra: UA0896 Antivento in schiuma per microfono a stilo, Ø19.

Fig. 10. La deviazione da una risposta in frequenza piatta applicando un antivento in schiuma da 60 mm. Due microfoni dotati di filtro in schiuma, misurati in asse (curve blu) e a 90° (curve rosse). C'è un roll-off superiore a 6-8 kHz, con l'attenuazione massima inferiore a 2,5 dB @ 20 kHz. Un piccolo guadagno intorno ai 2-4 kHz è trascurabile. (banda di 1/3 di ottava).

L'effetto dei loghi sugli antivento in schiuma

Negli usi broadcast, è comune aggiungere loghi ai filtri antivento. Di seguito è riportato un tipico antivento con loghi incollati alla superficie. In questo caso, ci sono loghi su lati opposti.

Fig. 11. Antivento con loghi incollati su lati opposti. 

Di seguito è riportato l'effetto di attenuazione risultante dall'antivento a seconda dell'incidenza del suono. Se indirizzato dall'alto (microfono in asse), si tratta di un'attenuazione identica a quella della sola schiuma. Se giunge dai lati, l'attenuazione è influenzata dai loghi. Purtroppo, l'attenuazione aumenta nella gamma di frequenza più critica per quanto riguarda l'intelligibilità del parlato. 

Suggerimento! Non orientare il microfono a mano per interviste dal lato se è dotato di protezione con loghi.

 

 

Fig. 12. L'effetto attenuante dell'antivento dipende dall'angolo di incidenza del suono. Orientare il microfono dai lati può influire sull'intelligibilità del parlato a causa dell'attenuazione aggiuntiva nell'intervallo di frequenza 2-4 kHz. 

Antivento e pioggia

A volte, gli antivento devono anche proteggere dalla pioggia. Di solito, poche gocce di pioggia non danno problemi. Alcuni antivento hanno una superficie leggermente idrorepellente grazie ad un nanorivestimento sulla spugna. Ciò consente che la maggior parte dell'acqua scorra all'esterno della spugna invece di penetrare all'interno. Questo, tuttavia, non funziona se l'antivento in spugna è bagnato. In genere non è garantito che i microfoni funzionino con umidità superiore al 90%. Il problema principale in questa situazione non è tanto l'umidità, ma piuttosto l'intasamento della spugna a cellule aperte. 

La Fig. 13 mostra l'attenuazione di un microfono omnidirezionale dotato di un antivento in spugna. 

• La curva blu (in alto) mostra l'attenuazione dell'antivento quando non è influenzato dall'acqua. Una piccola attenuazione (<1 dB) a 20 kHz non è udibile.
• La curva rossa mostra l'attenuazione quando l'antivento è bagnato. La spugna impregnata ora forma una cavità che presenta una risonanza intorno ai 3-4 kHz (quasi come “cupping” di un microfono vocale).
• La curva verde mostra la risposta dell'antivento strizzato a mano e rimesso sul microfono. Si ottiene una inferiore risonanza ma più attenuazione a frequenze più alte >5 kHz.
• La curva viola (in basso) mostra che dopo essere stato immerso, strizzato e asciugato per un'ulteriore mezz'ora, lo schermo non si comporta ancora come una spugna completamente asciutta.

Suggerimento! Assicurarsi di portare ulteriori antivento in spugna asciutti in caso di forte pioggia.

Fig. 13. Lo smorzamento spettrale di un parabrezza 1: asciutto. 2: Bagnato. 3: Immerso e poi strizzato. 
4: Immerso, strizzato e asciugato per 0,5 ore. (Banda da 1/3 di ottava).

Esistono speciali cover, che permettono di far scorrere la pioggia sulla superficie e gocciolare sul fondo, sotto il microfono.

Fig. 14. Copertura per esterni OC5100 (sinistra) e antivento in pelliccia WJ5100 (destra) per microfono surround 5100 Mobile 5.1 (microfono immersivo).

Per eventi sportivi all'aperto, i microfoni a fucile sono spesso posizionati intorno a un campo da calcio o da baseball, vicino alla pista, ecc. Purtroppo, quando questi eventi accadono sotto la pioggia non c'è nulla da fare per proteggere i microfoni mentre l'evento continua.

La Figura 15 mostra l'attenuazione del suono usando mezzi convenzionali come antivento in spugna/schiuma, a gabbia e pelliccia per lo smorzamento del vento. Lo smorzamento è, ovviamente, udibile se viene applicata tutta la schermatura, ma può, in generale, essere compensato. Molti microfoni a fucile sono dotati di un filtro di compensazione incorporato. Tuttavia, se un antivento in pelliccia si bagna, l'attenuazione è significativa (ed è impossibile da compensare).

Fig. 15. L'attenuazione (in asse) del suono dipende dalle condizioni dell'antivento: 1 (blu):  microfono a fucile 4017 con spugna. 2 (rosso): 4017 + gabbia Rycote. 3 (tratteggiato rosso): 4017 + spugna + gabbia. 4 (verde): 4017 + spugna + gabbia + pelliccia. 5 (viola): 4017 + spugna + gabbia + pelliccia IMBEVUTA. Notate la forte attenuazione. 6 (nero): mostra la compensazione incorporata per la perdita in alta frequenza. Tuttavia, è impossibile compensare l'estremo smorzamento in alta frequenza di un rivestimento in pelliccia bagnato. (Bande da 1/3 di ottava). 

In caso di pioggia, è possibile posizionare un sacchetto di plastica sopra il l'antivento in schiuma. Questo dovrebbe essere inserito solo prima che inizi a piovere, e possibilmente evitato se la schiuma è già bagnata. Se la schiuma è bagnata, il calore all'interno del sacchetto può causare l'evaporazione dell'acqua, che poi si condensa all'interno del microfono. Alcuni microfoni tendono a generare suoni di "clic" a causa di questa umidità "iniettata" (scarica indesiderata). Una soluzione migliore è quella di lasciare il filtro in spugna e sostituirlo con uno asciutto quando smette di piovere.

Filtro antipop

Un filtro antipop è solitamente un anello (Ø = 150-200 mm) con uno o due strati di tessuto (come calze di nylon) o un sottile disco di schiuma. Viene utilizzato principalmente per le registrazioni vocali di una sola persona. Il filtro antipop di solito ha un morsetto di montaggio per il supporto del microfono. Il filtro deve essere posizionato il più vicino possibile alle labbra dell'oratore o del cantante e il più lontano possibile dal microfono. Meglio ridurre il flusso d'aria il prima possibile, prima di raggiungere il microfono. Poiché il dispositivo copre solo un lato del microfono, non causa alcun cambiamento di direttività e la perdita di HF è al minimo assoluto.

Fig. 16. Posizionamento corretto del filtro antipop.

Cono di protezione - Ogiva

Un cono di protezione o ogiva sostituisce la griglia standard su un microfono a stilo e gli conferisce una perfetta risposta omnidirezionale su tutta la gamma di frequenze. Contrasta le caratteristiche direzionali che i microfoni omnidirezionali esibiscono alle frequenze più alte. Garantisce inoltre un bilanciamento tonale uniforme del suono che arriva a tutti gli angoli di incidenza ma con un aumento delle alte frequenze in asse.

I coni di protezione sono efficienti per la riduzione del rumore del vento, ma si applicano solo in asse ai microfoni omnidirezionali nel caso di forti flussi d'aria unidirezionali [9].

Potezione contro i virus

Durante la pandemia Covid, l'uso di coperture sostituibili (come i sacchetti di plastica) per impedire il trasferimento del virus sulla superficie del microfono era una pratica comune. Sebbene sia una soluzione perfetta per mantenere i microfoni puliti, influisce considerevolmente sul suono. Il campo sonoro sposta la membrana e il suono si irradia dall'altro lato della membrana. Tuttavia, la perdita dipende fortemente dallo spessore della plastica.

La Figura 17 mostra i risultati di un test in cui tre diversi microfoni sono stati coperti con un sacchetto di plastica (uno alla volta) di vari spessori: 6 µm, 15 µm, 20 µm e 120 µm, rispettivamente. I sacchetti di plastica non erano impacchettati intorno ai microfoni, ma solo appoggiati liberamente. Non sacchetti chiusi ma lasciati aperti. Gli esperimenti di Schoeps [24] indicano che la direzionalità è influenzata se lo strato di plastica è impacchettato attorno al microfono. La figura mostra l'attenuazione e l'influenza risultanti sui microfoni direzionali. Tutti e tre i microfoni erano dotati di un filtro in spugna per tenere la plastica lontana dalla capsula.

Fig.17a. Il grafico presenta i risultati delle misurazioni di un microfono omnidirezionale in miniatura 4060 con un filtro in spugna DUA0560 e vari sacchetti di plastica per la protezione. I risultati mostrano che l'attenuazione aumenta con lo spessore del sacchetto di plastica. Anche il sacchetto più sottile ha un'influenza negativa udibile anche se è accettabile per la maggior parte degli scopi. (banda di 1/3 di ottava).

Fig. 17b 1&2. Deviazione dalle prestazioni standard dei microfoni: ecco le misurazioni di un microfono a fucile 4017, in asse e a 90°. Più spessa è la copertura in plastica, più influisce sulla risposta in frequenza. Si verifica un'attenuazione ad alta frequenza sull'asse. Anche in questo caso riduce la direttività del microfono (i livelli aumentano nell'intervallo 1-3 kHz a 90°). (banda di 1/3 di ottava).

Fig.17c. Deviazione dalle prestazioni standard dei microfoni: il microfono vocale d:facto™ viene misurato in asse e a 90°. Come in 14b, c'è una perdita in alta frequenza in asse e un aumento delle frequenze nella gamma media, riducendone la direttività. Tuttavia, l'effetto della plastica più sottile è ancora accettabile per la maggior parte degli scopi. (Bande da 1/3 di ottava).

Suggerimento! I sacchetti di plastica sottili e morbidi (sulla parte superiore di una protezione antivento in spugna) possono essere utili per la protezione del microfono. Se la plastica è troppo rigida o spessa, può generare rumore in condizioni di vento. Inoltre, se la plastica è troppo spessa, si verifica un'inaccettabile riduzione delle frequenze più alte.

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