Come microfoni e orecchie convertono il suono in segnali elettrici
La somiglianza fondamentale: entrambi sono trasduttori acustico-elettrici. Trasformano onde di pressione meccanica (suono) in segnali elettrici per l'elaborazione (cervello / amplificatore).
Orecchio (Trasduttore biologico)
- Pinna / Canale: Raccoglie e imbutisce il suono; amplifica 2–5 kHz (risonanza).
- Membrana timpanica (Timpano): Diaframma — vibra con i cambiamenti di pressione.
- Ossicini (Malleus, Incus, Stapes): Sistema di leva di adattamento d'impedenza (×22 guadagno forza) → accoppia aria a fluido.
- Coclea: Spirale piena di fluido. Mappatura di frequenza della membrana basilare (tonotopia).
- Cellule ciliate (Interne/Esterne): Deflezione stereociglia → influxo K⁺ → potenziale recettore → rilascio neurotrasmettitore → potenziali d'azione del nervo uditivo (picchi digitali).
Microfono (Trasduttore ingegneristico)
- Diaframma: Membrana sottile (Mylar, metallo, silicio) si muove con la pressione sonora.
- Principio di trasduzione:
- Dinamico: Bobina sul diaframma in gap magnetico → induzione di Faraday (tensione ∝ velocità).
- Condensatore: Diaframma = piastra condensatore. V = Q/C. Richiede polarizzazione (phantom power / elettrete).
- Nastro: Foglio di alluminio in campo magnetico. Tensione ∝ velocità. Pattern figura-8.
- MEMS: Diaframma di silicio + piastra posteriore. Capacitivo. ASIC integrato.
- Output: Tensione analogica (mV/Pa) → preamplificatore → ADC → digitale.
Concetti paralleli
| Orecchio | Microfono |
|---|---|
| Timpano | Diaframma |
| Ossicini (adattamento impedenza) | Trasformatore / buffer FET (conversione impedenza) |
| Coclea (analisi frequenza) | DSP / FFT (digitale) o banca di filtri (analogica) |
| Cellule ciliate (meccanico-elettrico) | Elemento trasduttore (bobina, condensatore, nastro) |
| Nervo uditivo (picchi) | Cavo / flusso digitale |
| Cervello (percezione) | Processore / DAW / Ascoltatore |
Differenza chiave: L'orecchio è non lineare, compressivo, adattivo (range dinamico 120 dB). Il microfono è lineare, fisso (tipicamente max 100–130 dB SPL).