Come funziona un microfono telefonico: dalle onde sonore ai segnali elettrici
Il microfono è il **trasduttore** che converte la tua voce (energia acustica) in un segnale elettrico che la rete può trasmettere. Ecco la fisica, passo dopo passo.
Principio fondamentale: Capacitanza variabile (Condensatore elettrete) — Standard dagli anni '70
I microfoni telefonici moderni (smartphone, telefoni da scrivania, auricolari) sono **microfoni a condensatore elettrete (ECM)** o **microfoni MEMS** (versione al silicio). Entrambi funzionano su variazione di capacità.
Struttura
- Diaframma: Pellicola polimerica ultra-sottile (ECM) o membrana di silicio (MEMS) — **metallizzata** (oro/sputterata) = elettrodo mobile.
- Backplate: Piastra metallica fissa (ECM) o struttura di silicio (MEMS) con **carica elettrete** (campo elettrostatico permanente) o tensione di polarizzazione esterna.
- Intercapedine d'aria: ~pochi micron. Forma un **condensatore**:
C = ε₀A / d.
Catena del segnale
- Onda di pressione sonora colpisce il diaframma → **deflezione (Δd)** proporzionale alla pressione.
- La capacità cambia:
ΔC = -ε₀A Δd / d²(inverso al quadrato). - Carica costante (elettrete) → Tensione varia:
Q = C·V→ΔV = -Q ΔC / C². **Suono → Tensione**. - Convertitore di impedenza JFET (integrato in ECM/MEMS): Alta-Z capsula → bassa-Z uscita (≈1–2 kΩ).
- Preamplificatore / ADC (nel SoC / codec del telefono): Guadagno (~20–30 dB), filtro passa-alto (HPF @ 100–200 Hz), digitalizza (PDM per MEMS, PCM per ECM).
- Pipeline DSP: AEC (Cancellazione eco acustico), NS (Soppressione rumore), AGC (Controllo gain automatico), Beamforming (multi-microfono).
- Codec → Modem → Rete.
Legacy: Microfono a granuli di carbonio (Prima del 1980 telefoni fissi)
- Granuli di carbonio nella capsula. Pressione vocale → variazione resistenza di contatto dei granuli → modulazione corrente (polarizzazione DC dalla centrale).
- Alta uscita, nessun amplificatore necessario. Rumoroso, non lineare, fragile. Obsoleto.
Specifiche chiave (MEMS moderni)
| Parametro | Tipico |
|---|---|
| Sensibilità | -26 a -38 dBV/Pa (≈5–50 mV/Pa) |
| SNR | 60–70 dB(A) |
| Risposta in frequenza | 100 Hz – 10 kHz (banda voce) / 20 Hz – 20 kHz (wideband) |
| Dimensioni | 2,75 × 1,85 × 0,9 mm (analogico) / 2,5 × 1,6 × 0,7 mm (digitale PDM) |
| Corrente | 150–500 µA |
Due vie = Due microfoni (minimo)
- Primario (in basso): Vicino alla bocca — acquisizione voce.
- Secondario (sopra/dietro): Riferimento rumore ambientale → **beamforming + AEC** cancella eco da remoto e rumore di fondo.
- Terzo (opzionale): Solo rumore (es. rifiuto vento).
La tua voce sposta una membrana di micron. Quello sposta carica. Quello diventa bit. Quello attraversa gli oceani. **Fisica → Informazione.**