Microphone - Microphone

Micro Shure Brothers , modèle 55s, Multi-Impédance "Small Unidyne" Dynamic de 1951
Un microphone dynamique Sennheiser

Un microphone , familièrement appelé micro ou micro ( / m k / ), est un appareil – un transducteur – qui convertit le son en un signal électrique . Les microphones sont utilisés dans de nombreuses applications telles que les téléphones , les appareils auditifs , les systèmes de sonorisation pour les salles de concert et les événements publics, la production de films cinématographiques , l' ingénierie audio en direct et enregistrée , l'enregistrement sonore , les radios bidirectionnelles , les mégaphones , la radioet la télédiffusion. Ils sont également utilisés dans les ordinateurs pour l'enregistrement de la voix, la reconnaissance vocale , la VoIP et à des fins non acoustiques telles que les capteurs à ultrasons ou les capteurs de cliquetis .

Plusieurs types de microphones sont utilisés aujourd'hui, qui utilisent différentes méthodes pour convertir les variations de pression atmosphérique d'une onde sonore en un signal électrique. Les plus courants sont le microphone dynamique , qui utilise une bobine de fil suspendue dans un champ magnétique ; le microphone à condensateur , qui utilise le diaphragme vibrant comme plaque de condensateur ; et le microphone de contact , qui utilise un cristal de matériau piézoélectrique . Les microphones doivent généralement être connectés à un préamplificateur avant que le signal puisse être enregistré ou reproduit .

Histoire

Afin de parler à de plus grands groupes de personnes, un besoin s'est fait sentir d'augmenter le volume de la voix humaine. Les premiers appareils utilisés pour y parvenir étaient des mégaphones acoustiques . Certains des premiers exemples, du Ve siècle avant J.-C. en Grèce, étaient des masques de théâtre avec des ouvertures de bouche en forme de corne qui amplifient la voix acoustique des acteurs dans des amphithéâtres . En 1665, le physicien anglais Robert Hooke fut le premier à expérimenter un autre médium que l'air avec l'invention du « téléphone des amoureux » fait de fil tendu avec une coupelle attachée à chaque extrémité.

En 1861, l'inventeur allemand Johann Philipp Reis a construit un premier émetteur de son (le " téléphone Reis ") qui utilisait une bande métallique attachée à une membrane vibrante qui produisait un courant intermittent. De meilleurs résultats ont été obtenus en 1876 avec la conception du « transmetteur de liquide » dans les premiers téléphones d' Alexander Graham Bell et Elisha Gray – le diaphragme était attaché à une tige conductrice dans une solution acide. Ces systèmes, cependant, ont donné une qualité sonore très médiocre.

David Edward Hughes a inventé un microphone au carbone dans les années 1870.

Le premier microphone qui a permis une téléphonie vocale appropriée était le microphone au carbone (à contact lâche) . Cela a été développé indépendamment par David Edward Hughes en Angleterre et Emile Berliner et Thomas Edison aux États-Unis. Bien qu'Edison ait obtenu le premier brevet (après un long différend juridique) à la mi-1877, Hughes avait démontré son appareil fonctionnel devant de nombreux témoins quelques années plus tôt, et la plupart des historiens lui attribuent son invention. Le microphone au carbone est le prototype direct des microphones d'aujourd'hui et a joué un rôle essentiel dans le développement des industries de la téléphonie, de la radiodiffusion et de l'enregistrement. Thomas Edison a raffiné le microphone au carbone dans son émetteur à bouton carbone de 1886. Ce microphone a été utilisé lors de la toute première émission de radio, une représentation au Metropolitan Opera House de New York en 1910.

Jack Brown interviewe Humphrey Bogart et Lauren Bacall pour une diffusion aux troupes à l'étranger pendant la Seconde Guerre mondiale.

En 1916, EC Wente de Western Electric a développé la prochaine percée avec le premier microphone à condensateur . En 1923, le premier microphone à bobine mobile pratique a été construit. Le magnétophone Marconi-Sykes, développé par le capitaine HJ Round , est devenu la norme pour les studios de la BBC à Londres. Cela a été amélioré en 1930 par Alan Blumlein et Herbert Holman qui ont sorti le HB1A et était le meilleur standard de l'époque.

Également en 1923, le microphone à ruban a été introduit, un autre type électromagnétique, qui aurait été développé par Harry F. Olson , qui a essentiellement procédé à la rétro-ingénierie d'un haut-parleur à ruban. Au fil des ans, ces microphones ont été développés par plusieurs sociétés, notamment RCA qui a fait de grands progrès dans le contrôle de la forme, pour donner au microphone une directivité. Avec l'essor de la technologie de la télévision et du cinéma, il y avait une demande pour des microphones haute fidélité et une plus grande directivité. Electro-Voice a répondu avec son microphone canon primé aux Oscars en 1963.

Au cours de la seconde moitié du 20e siècle, le développement a progressé rapidement avec les frères Shure qui ont sorti les SM58 et SM57 . Les derniers développements de la recherche incluent l'utilisation de fibres optiques, de lasers et d'interféromètres.

Composants

Symbole électronique pour un microphone

L'élément transducteur sensible d'un microphone est appelé son élément ou capsule. Le son est d'abord converti en mouvement mécanique au moyen d'un diaphragme, dont le mouvement est ensuite converti en un signal électrique. Un microphone complet comprend également un boîtier, des moyens d'amener le signal de l'élément vers d'autres équipements, et souvent un circuit électronique pour adapter la sortie de la capsule à l'équipement entraîné. Un microphone sans fil contient un émetteur radio .

Variétés

Condenseur

À l'intérieur du microphone à condensateur Oktava 319

Le microphone à condensateur , inventé à Western Electric en 1916 par EC Wente, est également appelé microphone à condensateur ou microphone électrostatique – les condensateurs étaient historiquement appelés condensateurs. Ici, le diaphragme agit comme une plaque d'un condensateur et les vibrations produisent des changements dans la distance entre les plaques. Il existe deux types, selon la méthode d'extraction du signal audio du transducteur : les microphones à polarisation CC et les microphones à condensateur radiofréquence (RF) ou haute fréquence (HF). Avec un microphone polarisé en courant continu , les plaques sont polarisées avec une charge fixe ( Q ). La tension maintenue à travers les plaques de condensateur change avec les vibrations de l'air, selon l'équation de capacité (C = Q / V ), où Q = charge dans coulombs , C = capacité en farads et V = différence de potentiel en volts . La capacité des plaques est inversement proportionnelle à la distance entre elles pour un condensateur à plaques parallèles. L'assemblage de plaques fixes et mobiles est appelé "élément" ou "capsule".

Une charge presque constante est maintenue sur le condensateur. Lorsque la capacité change, la charge aux bornes du condensateur change très légèrement, mais aux fréquences audibles, elle est sensiblement constante. La capacité de la capsule (environ 5 à 100  pF ) et la valeur de la résistance de polarisation (100  à quelques dizaines de GΩ) forment un filtre passe-haut pour le signal audio, et passe-bas pour la tension de polarisation. Notez que la constante de temps d'un circuit RC est égale au produit de la résistance et de la capacité.

Dans le laps de temps du changement de capacité (jusqu'à 50 ms à un signal audio de 20 Hz), la charge est pratiquement constante et la tension aux bornes du condensateur change instantanément pour refléter le changement de capacité. La tension aux bornes du condensateur varie au-dessus et au-dessous de la tension de polarisation. La différence de tension entre la polarisation et le condensateur est visible à travers la résistance série. La tension aux bornes de la résistance est amplifiée pour la performance ou l'enregistrement. Dans la plupart des cas, l'électronique du microphone lui-même n'apporte aucun gain de tension car le différentiel de tension est assez important, jusqu'à plusieurs volts pour des niveaux sonores élevés. Comme il s'agit d'un circuit à très haute impédance, seul un gain de courant est généralement nécessaire, la tension restant constante.

Microphone à condensateur à petite membrane AKG C451B

Les microphones à condensateur RF utilisent une tension RF relativement faible, générée par un oscillateur à faible bruit. Le signal de l'oscillateur peut être soit modulé en amplitude par les changements de capacité produits par les ondes sonores déplaçant le diaphragme de la capsule, soit la capsule peut faire partie d'un circuit résonant qui module la fréquence du signal de l'oscillateur. La démodulation produit un signal de fréquence audio à faible bruit avec une impédance de source très faible. L'absence d'une tension de polarisation élevée permet l'utilisation d'un diaphragme avec une tension plus faible, qui peut être utilisé pour obtenir une réponse en fréquence plus large en raison d'une conformité plus élevée. Le processus de polarisation RF entraîne une capsule d'impédance électrique inférieure, dont un sous-produit utile est que les microphones à condensateur RF peuvent être utilisés dans des conditions météorologiques humides qui pourraient créer des problèmes dans les microphones à polarisation CC avec des surfaces isolantes contaminées. La série de microphones Sennheiser "MKH" utilise la technique de polarisation RF. Une application secrète et énergisée à distance du même principe physique a été conçue par l'inventeur russe soviétique Leon Theremin et utilisée pour mettre sur écoute la résidence de l'ambassadeur américain à Moscou entre 1945 et 1952.

Les microphones à condensateur couvrent toute la gamme des émetteurs téléphoniques aux microphones de karaoké bon marché et aux microphones d'enregistrement haute fidélité. Ils produisent généralement un signal audio de haute qualité et sont maintenant le choix populaire dans les applications de laboratoire et de studio d'enregistrement . La pertinence inhérente de cette technologie est due à la très petite masse qui doit être déplacée par l'onde sonore incidente, contrairement à d'autres types de microphones qui nécessitent que l'onde sonore fasse plus de travail. Ils nécessitent une source d'alimentation, fournie soit via les entrées microphone de l'équipement sous forme d' alimentation fantôme, soit à partir d'une petite batterie. L'alimentation est nécessaire pour établir la tension de la plaque du condensateur et est également nécessaire pour alimenter l'électronique du microphone (conversion d'impédance dans le cas des microphones à électret et à polarisation continue, démodulation ou détection dans le cas des microphones RF/HF). Les microphones à condensateur sont également disponibles avec deux diaphragmes qui peuvent être connectés électriquement pour fournir une gamme de diagrammes polaires (voir ci-dessous), tels que cardioïde, omnidirectionnel et en huit. Il est également possible de faire varier le pattern en continu avec certains microphones, par exemple le Røde NT2000 ou le CAD M179.

Un microphone à valve est un microphone à condensateur qui utilise un amplificateur à tube à vide (valve). Ils restent populaires auprès des amateurs de sons à lampes .

Condenseur à électret

Premier brevet sur un microphone à électret à feuille par GM Sessler et al. (pages 1 à 3)

Un microphone à électret est un type de microphone à condensateur inventé par Gerhard Sessler et Jim West aux laboratoires Bell en 1962. La charge appliquée extérieurement utilisée pour un microphone à condensateur conventionnel est remplacée par une charge permanente dans un matériau à électret. Un électret est un matériau ferroélectrique qui a été électriquement chargé ou polarisé en permanence . Le nom vient de electr OStatic et magn et ; une charge statique est incorporée dans un électret par l'alignement des charges statiques dans le matériau, un peu comme un aimant permanent est fabriqué en alignant les domaines magnétiques dans un morceau de fer.

En raison de leurs bonnes performances et de leur facilité de fabrication, donc de faible coût, la grande majorité des microphones fabriqués aujourd'hui sont des microphones à électret ; un fabricant de semi-conducteurs estime sa production annuelle à plus d'un milliard d'unités. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications, de l'enregistrement de haute qualité et l'utilisation de lavalier (micro cravate ) aux microphones intégrés dans les petits appareils d' enregistrement sonore et les téléphones. Avant la prolifération des microphones MEMS, presque tous les microphones pour téléphones portables, ordinateurs, PDA et casques étaient du type à électret.

Contrairement aux autres microphones à condensateur, ils ne nécessitent aucune tension de polarisation, mais contiennent souvent un préamplificateur intégré qui nécessite de l'alimentation (souvent appelé à tort puissance de polarisation ou polarisation). Ce préamplificateur est fréquemment alimenté par fantôme dans les applications de sonorisation et de studio. Les microphones monophoniques conçus pour les ordinateurs personnels (PC), parfois appelés microphones multimédias, utilisent une prise de 3,5 mm comme habituellement utilisée, sans alimentation, pour la stéréo ; l'anneau, au lieu de transporter le signal pour un deuxième canal, transporte l'alimentation via une résistance provenant (normalement) d'une alimentation de 5 V dans l'ordinateur. Les microphones stéréophoniques utilisent le même connecteur ; il n'y a aucun moyen évident de déterminer quelle norme est utilisée par l'équipement et les microphones.

Bien que les microphones à électret étaient autrefois considérés comme de mauvaise qualité, les meilleurs peuvent désormais rivaliser à tous égards avec les microphones à condensateur traditionnels et peuvent même offrir la stabilité à long terme et la réponse ultra plate nécessaires pour un microphone de mesure. Seuls les meilleurs microphones à électret rivalisent avec les bons appareils à polarisation CC en termes de niveau de bruit et de qualité ; les microphones à électret se prêtent à une production de masse peu coûteuse, tandis que les microphones à condensateur sans électret, intrinsèquement coûteux, sont fabriqués avec une qualité supérieure.

Dynamique

Patti Smith chantant dans un microphone Shure SM58 (type cardioïde dynamique)

Le microphone dynamique (également appelé microphone à bobine mobile ) fonctionne par induction électromagnétique . Ils sont robustes, relativement peu coûteux et résistants à l'humidité. Ceci, associé à leur gain potentiellement élevé avant larsen , les rend idéaux pour une utilisation sur scène.

Les microphones dynamiques utilisent le même principe dynamique que dans un haut - parleur , mais à l'envers. Une petite bobine d'induction mobile , placée dans le champ magnétique d'un aimant permanent , est fixée au diaphragme . Lorsque le son pénètre par le pare-brise du microphone, l'onde sonore déplace le diaphragme. Lorsque le diaphragme vibre, la bobine se déplace dans le champ magnétique, produisant un courant variable dans la bobine par induction électromagnétique . Une seule membrane dynamique ne répond pas de manière linéaire à toutes les fréquences audio. Pour cette raison, certains microphones utilisent plusieurs membranes pour les différentes parties du spectre audio, puis combinent les signaux résultants. Il est difficile de combiner correctement les multiples signaux ; les conceptions qui font cela sont rares et ont tendance à être chères. D'autre part, il existe plusieurs conceptions qui s'adressent plus spécifiquement à des parties isolées du spectre audio. L' AKG D112, par exemple, est conçu pour une réponse des basses plutôt que des aigus. En ingénierie audio, plusieurs types de microphones sont souvent utilisés en même temps pour obtenir les meilleurs résultats.

Ruban

Edmund Lowe utilisant un microphone à ruban

Les microphones à ruban utilisent un ruban métallique mince, généralement ondulé, suspendu dans un champ magnétique. Le ruban est connecté électriquement à la sortie du microphone et sa vibration dans le champ magnétique génère le signal électrique. Les microphones à ruban sont similaires aux microphones à bobine mobile dans le sens où ils produisent tous deux un son par induction magnétique. Les microphones à ruban de base détectent le son dans un motif bidirectionnel (également appelé chiffre en huit, comme dans le diagramme ci-dessous) car le ruban est ouvert des deux côtés. De plus, comme le ruban a beaucoup moins de masse, il réagit à la vitesse de l'air plutôt qu'à la pression acoustique . Bien que les micros symétriques à l'avant et à l'arrière puissent être gênants lors d'un enregistrement stéréo normal, la réjection latérale élevée peut être utilisée avantageusement en positionnant un microphone à ruban horizontalement, par exemple au-dessus des cymbales, de sorte que le lobe arrière ne capte le son que des cymbales. Figure 8 croisée, ou paire de Blumlein , l'enregistrement stéréo gagne en popularité, et la réponse en huit d'un microphone à ruban est idéale pour cette application.

D'autres motifs directionnels sont produits en enfermant un côté du ruban dans un piège acoustique ou un déflecteur, permettant au son d'atteindre un seul côté. Le microphone RCA classique de type 77-DX a plusieurs positions réglables de l'extérieur du déflecteur interne, permettant la sélection de plusieurs modèles de réponse allant du "chiffre en huit" à "unidirectionnel". Ces microphones à ruban plus anciens, dont certains offrent encore une reproduction sonore de haute qualité, étaient autrefois appréciés pour cette raison, mais une bonne réponse dans les basses fréquences ne pouvait être obtenue que lorsque le ruban était suspendu de manière très lâche, ce qui les rendait relativement fragiles. Des matériaux à ruban modernes, y compris de nouveaux nanomatériaux, ont maintenant été introduits qui éliminent ces problèmes et améliorent même la plage dynamique effective des microphones à ruban dans les basses fréquences. Les pare-brise protecteurs peuvent réduire le risque d'endommager un ruban vintage et également réduire les artefacts plosifs dans l'enregistrement. Des pare-vents bien conçus produisent une atténuation des aigus négligeable. Comme les autres classes de microphones dynamiques, les microphones à ruban ne nécessitent pas d' alimentation fantôme ; en fait, cette tension peut endommager certains microphones à ruban plus anciens. Certaines nouvelles conceptions de microphones à ruban modernes intègrent un préamplificateur et, par conséquent, nécessitent une alimentation fantôme, et les circuits des microphones à ruban passifs modernes, c'est -à- dire ceux sans le préamplificateur susmentionné, sont spécifiquement conçus pour résister aux dommages causés au ruban et au transformateur par l'alimentation fantôme. Il existe également de nouveaux matériaux de ruban disponibles qui sont immunisés contre les coups de vent et l'alimentation fantôme.

Carbone

Microphone carbone à double bouton Western Electric

Le microphone au carbone était le premier type de microphone. Le microphone à bouton carbone (ou parfois simplement un microphone à bouton), utilise une capsule ou un bouton contenant des granules de carbone pressés entre deux plaques métalliques comme les microphones Berliner et Edison . Une tension est appliquée sur les plaques métalliques, provoquant le passage d'un petit courant à travers le carbone. L'une des plaques, le diaphragme, vibre par sympathie avec les ondes sonores incidentes, appliquant une pression variable sur le carbone. La pression changeante déforme les granulés, provoquant une modification de la zone de contact entre chaque paire de granulés adjacents, ce qui entraîne une modification de la résistance électrique de la masse de granulés. Les changements de résistance provoquent un changement correspondant dans le courant circulant dans le microphone, produisant le signal électrique. Les microphones au carbone étaient autrefois couramment utilisés dans les téléphones; ils ont une reproduction sonore de très mauvaise qualité et une plage de réponse en fréquence très limitée, mais ce sont des appareils très robustes. Le microphone Boudet, qui utilisait des billes de carbone relativement grosses, était similaire aux microphones à bouton en carbone granulé.

Contrairement à d'autres types de microphones, le microphone au carbone peut également être utilisé comme un type d'amplificateur, utilisant une petite quantité d'énergie sonore pour contrôler une plus grande quantité d'énergie électrique. Les microphones au carbone ont été utilisés comme premiers répéteurs téléphoniques , rendant les appels téléphoniques longue distance possibles à l'époque d'avant les tubes à vide. Appelés relais de Brown, ces répéteurs fonctionnaient en couplant mécaniquement un récepteur téléphonique magnétique à un microphone au carbone : le faible signal du récepteur était transféré au microphone, où il modulait un courant électrique plus fort, produisant un signal électrique plus fort à envoyer sur la ligne . Une illustration de cet effet amplificateur était l'oscillation provoquée par le larsen, entraînant un grincement audible de l'ancien téléphone "chandelier" si son écouteur était placé près du microphone au carbone.

Piézoélectrique

Micro cristal astatique vintage

Un microphone à cristal ou un microphone piézo utilise le phénomène de piézoélectricité - la capacité de certains matériaux à produire une tension lorsqu'ils sont soumis à une pression - pour convertir les vibrations en un signal électrique. Un exemple de ceci est le tartrate de potassium et de sodium , qui est un cristal piézoélectrique qui fonctionne comme un transducteur, à la fois comme un microphone et comme un composant de haut-parleur mince. Les microphones à cristal étaient autrefois généralement fournis avec des équipements à tube à vide (valve), tels que des magnétophones domestiques. Leur impédance de sortie élevée correspondait à l'impédance d'entrée élevée (généralement environ 10  mégohms ) de l'étage d'entrée du tube à vide. Ils étaient difficiles à faire correspondre aux premiers équipements à transistors et ont été rapidement supplantés par les microphones dynamiques pendant un certain temps, et plus tard par les petits dispositifs à condensateur à électret. La haute impédance du microphone à cristal le rendait très sensible aux bruits de manipulation, à la fois du microphone lui-même et du câble de connexion.

Les transducteurs piézoélectriques sont souvent utilisés comme microphones de contact pour amplifier le son des instruments de musique acoustiques, pour détecter les coups de batterie, pour déclencher des échantillons électroniques et pour enregistrer le son dans des environnements difficiles, comme sous l'eau sous haute pression. Les micros montés en selle sur les guitares acoustiques sont généralement des dispositifs piézoélectriques qui entrent en contact avec les cordes passant sur la selle. Ce type de microphone est différent des micros à bobine magnétique couramment visibles sur les guitares électriques typiques , qui utilisent l'induction magnétique, plutôt que le couplage mécanique, pour capter les vibrations.

Fibre optique

Le microphone à fibre optique Optoacoustics 1140

Un microphone à fibre optique convertit les ondes acoustiques en signaux électriques en détectant les changements d'intensité lumineuse, au lieu de détecter les changements de capacité ou de champs magnétiques comme avec les microphones conventionnels.

Pendant le fonctionnement, la lumière d'une source laser traverse une fibre optique pour éclairer la surface d'un diaphragme réfléchissant. Les vibrations sonores du diaphragme modulent l'intensité de la lumière réfléchie par le diaphragme dans une direction spécifique. La lumière modulée est ensuite transmise sur une seconde fibre optique à un photodétecteur, qui transforme la lumière modulée en intensité en audio analogique ou numérique pour la transmission ou l'enregistrement. Les microphones à fibre optique possèdent une plage dynamique et de fréquence élevée, similaire aux meilleurs microphones conventionnels haute fidélité.

Les microphones à fibre optique ne réagissent ni n'influencent les champs électriques, magnétiques, électrostatiques ou radioactifs (c'est ce qu'on appelle l' immunité EMI/RFI ). La conception du microphone à fibre optique est donc idéale pour une utilisation dans des zones où les microphones conventionnels sont inefficaces ou dangereux, comme à l'intérieur de turbines industrielles ou dans des environnements d'équipement d' imagerie par résonance magnétique (IRM).

Les microphones à fibre optique sont robustes, résistants aux changements environnementaux de chaleur et d'humidité, et peuvent être produits pour toute adaptation de directionnalité ou d' impédance . La distance entre la source lumineuse du microphone et son photodétecteur peut aller jusqu'à plusieurs kilomètres sans avoir besoin d'aucun préamplificateur ou autre appareil électrique, rendant les microphones à fibre optique adaptés à la surveillance acoustique industrielle et de surveillance.

Les microphones à fibre optique sont utilisés dans des domaines d'application très spécifiques tels que la surveillance des infrasons et la suppression du bruit . Ils se sont avérés particulièrement utiles dans les applications médicales, telles que permettre aux radiologues, au personnel et aux patients dans le champ magnétique puissant et bruyant de converser normalement, à l'intérieur des salles d'IRM ainsi que dans des salles de contrôle à distance. D'autres utilisations incluent la surveillance des équipements industriels et l'étalonnage et la mesure audio, l'enregistrement haute fidélité et l'application de la loi.

Laser

Les microphones laser sont souvent décrits dans les films comme des gadgets d'espionnage, car ils peuvent être utilisés pour capter le son à distance de l'équipement du microphone. Un faisceau laser est dirigé vers la surface d'une fenêtre ou d'une autre surface plane affectée par le son. Les vibrations de cette surface modifient l'angle auquel le faisceau est réfléchi, et le mouvement du spot laser du faisceau de retour est détecté et converti en un signal audio.

Dans une mise en œuvre plus robuste et plus coûteuse, la lumière renvoyée est divisée et envoyée à un interféromètre , qui détecte le mouvement de la surface par des changements dans la longueur du chemin optique du faisceau réfléchi. La première implémentation est une expérience sur table ; ce dernier nécessite un laser extrêmement stable et une optique précise.

Un nouveau type de microphone laser est un appareil qui utilise un faisceau laser et de la fumée ou de la vapeur pour détecter les vibrations sonores dans l'air libre. Le 25 août 2009, le brevet américain 7 580 533 délivré pour un microphone de détection de flux de particules basé sur une paire laser-cellule photoélectrique avec un flux mobile de fumée ou de vapeur dans le trajet du faisceau laser. Les ondes de pression acoustique provoquent des perturbations dans la fumée qui à leur tour provoquent des variations dans la quantité de lumière laser atteignant le photodétecteur. Un prototype de l'appareil a été présenté lors de la 127e convention de l'Audio Engineering Society à New York du 9 au 12 octobre 2009.

Liquide

Les premiers microphones ne produisaient pas de parole intelligible, jusqu'à ce qu'Alexander Graham Bell y apporte des améliorations, notamment un microphone/émetteur à résistance variable. L'émetteur liquide de Bell se composait d'une coupelle en métal remplie d'eau avec une petite quantité d'acide sulfurique ajoutée. Une onde sonore a fait bouger le diaphragme, forçant une aiguille à monter et descendre dans l'eau. La résistance électrique entre le fil et la coupelle était alors inversement proportionnelle à la taille du ménisque d'eau autour de l'aiguille immergée. Elisha Gray a déposé une mise en garde pour une version utilisant une tige en laiton au lieu de l'aiguille. D'autres variations et améliorations mineures ont été apportées au microphone liquide par Majoranna, Chambers, Vanni, Sykes et Elisha Gray, et une version a été brevetée par Reginald Fessenden en 1903. Ce furent les premiers microphones fonctionnels, mais ils n'étaient pas pratiques pour une application commerciale . La célèbre première conversation téléphonique entre Bell et Watson a eu lieu à l'aide d'un microphone à liquide.

MEMS

Le microphone MEMS (systèmes microélectromécaniques) est également appelé puce de microphone ou microphone au silicium. Un diaphragme sensible à la pression est gravé directement dans une plaquette de silicium par des techniques de traitement MEMS et est généralement accompagné d'un préamplificateur intégré. La plupart des microphones MEMS sont des variantes de la conception des microphones à condensateur. Les microphones MEMS numériques ont des circuits de convertisseur analogique-numérique (ADC) intégrés sur la même puce CMOS, ce qui en fait un microphone numérique et donc plus facilement intégré aux produits numériques modernes. Les principaux fabricants produisant des microphones au silicium MEMS sont Wolfson Microelectronics (WM7xxx) maintenant Cirrus Logic, InvenSense (gamme de produits vendue par Analog Devices), Akustica (AKU200x), Infineon (produit SMM310), Knowles Electronics, Memstech (MSMx), NXP Semiconductors (division achetée par Knowles), Sonion MEMS, Vesper, AAC Acoustic Technologies et Omron.

Plus récemment, depuis les années 2010, il y a eu un intérêt et des recherches accrus pour la fabrication de microphones MEMS piézoélectriques qui constituent un changement architectural et matériel important par rapport aux conceptions MEMS de style condensateur existantes.

Haut-parleurs comme microphones

Un haut - parleur , un transducteur qui transforme un signal électrique en ondes sonores, est l'opposé fonctionnel d'un microphone. Étant donné qu'un haut-parleur conventionnel est de construction similaire à un microphone dynamique (avec un diaphragme, une bobine et un aimant), les haut-parleurs peuvent en fait fonctionner "à l'envers" en tant que microphones. La réciprocité s'applique, de sorte que le microphone résultant présente les mêmes défauts qu'un haut-parleur à un seul haut-parleur : réponse en fréquence limitée dans les basses et hautes fréquences, directivité mal contrôlée et sensibilité faible . Dans la pratique, les haut-parleurs sont parfois utilisés comme microphones dans des applications où une bande passante et une sensibilité élevées ne sont pas nécessaires, comme les interphones , les talkies-walkies ou les périphériques de chat vocal de jeux vidéo , ou lorsque les microphones conventionnels sont rares.

Cependant, il existe au moins une application pratique qui exploite ces faiblesses : l'utilisation d'un woofer de taille moyenne placé juste en face d'une " grosse caisse " ( grosse caisse ) dans une batterie pour servir de microphone. Un exemple de produit commercial est le Yamaha Subkick, un woofer de 6,5 pouces (170 mm) monté sur amortisseur dans un fût de 10" utilisé devant les grosses caisses. Puisqu'une membrane relativement massive est incapable de transduire les hautes fréquences tout en étant capable de tolérer transitoires basses fréquences fortes, le haut-parleur est souvent idéal pour ramasser la grosse caisse tout en réduisant le saignement des cymbales et des caisses claires à proximité.

Moins fréquemment, les microphones eux-mêmes peuvent être utilisés comme haut-parleurs, mais en raison de leur faible puissance et de la petite taille des transducteurs, un tweeter est l'application la plus pratique. Un exemple d'une telle application était le super-tweeter 4001 dérivé du microphone STC , qui a été utilisé avec succès dans un certain nombre de systèmes de haut-parleurs de haute qualité de la fin des années 60 au milieu des années 70.

Conception et directivité des capsules

Les éléments internes d'un microphone sont la principale source de différences de directivité. Un microphone à pression utilise un diaphragme entre un volume d'air interne fixe et l'environnement et répond uniformément à la pression de toutes les directions, il est donc dit omnidirectionnel. Un microphone à gradient de pression utilise un diaphragme qui est au moins partiellement ouvert des deux côtés. La différence de pression entre les deux côtés produit ses caractéristiques directionnelles. D'autres éléments tels que la forme externe du microphone et des dispositifs externes tels que les tubes d'interférence peuvent également modifier la réponse directionnelle d'un microphone. Un microphone à gradient de pression pur est également sensible aux sons arrivant de l'avant ou de l'arrière, mais insensible aux sons arrivant de côté, car le son arrivant à l'avant et à l'arrière en même temps ne crée aucun gradient entre les deux. Le diagramme directionnel caractéristique d'un microphone à gradient de pression pur ressemble à un chiffre 8. D'autres motifs polaires sont dérivés en créant une capsule qui combine ces deux effets de différentes manières. Le cardioïde, par exemple, présente une partie arrière partiellement fermée, sa réponse est donc une combinaison de caractéristiques de pression et de gradient de pression.

Motifs polaires

Sensibilité polaire du microphone. Le microphone est parallèle à la page orientée vers le haut dans chaque diagramme.

La directivité ou diagramme polaire d'un microphone indique à quel point il est sensible aux sons arrivant à différents angles autour de son axe central. Les diagrammes polaires illustrés ci-dessus représentent le lieu des points qui produisent le même niveau de signal émis dans le microphone si un niveau de pression acoustique (SPL) donné est généré à partir de ce point. L'orientation du corps physique du microphone par rapport aux diagrammes dépend de la conception du microphone. Pour les microphones à grande membrane comme dans l'Oktava (photo ci-dessus), la direction ascendante dans le diagramme polaire est généralement perpendiculaire au corps du microphone, communément appelée "side fire" ou "side address". Pour les microphones à petit diaphragme tels que le Shure (également illustré ci-dessus), il s'étend généralement à partir de l'axe du microphone communément appelé "end fire" ou "top/end address".

Certaines conceptions de microphones combinent plusieurs principes pour créer le diagramme polaire souhaité. Cela va du blindage (c'est-à-dire diffraction/dissipation/absorption) par le boîtier lui-même à la combinaison électronique de doubles membranes.

Omnidirectionnel

Un omnidirectionnel microphone de réponse (ou non directionnelle) est généralement considéré comme une sphère parfaite en trois dimensions. Dans le monde réel, ce n'est pas le cas. Comme pour les microphones directionnels, le diagramme polaire d'un microphone "omnidirectionnel" est fonction de la fréquence. Le corps du microphone n'est pas infiniment petit et, par conséquent, il a tendance à se gêner par rapport aux sons arrivant de l'arrière, provoquant un léger aplatissement de la réponse polaire. Cet aplatissement augmente à mesure que le diamètre du microphone (en supposant qu'il soit cylindrique) atteint la longueur d'onde de la fréquence en question. Par conséquent, le microphone de plus petit diamètre donne les meilleures caractéristiques omnidirectionnelles aux hautes fréquences.

La longueur d'onde du son à 10 kHz est de 1,4" (3,5 cm). Les plus petits microphones de mesure ont souvent un diamètre de 1/4" (6 mm), ce qui élimine pratiquement toute directivité même jusqu'aux fréquences les plus élevées. Les microphones omnidirectionnels, contrairement aux cardioïdes, n'utilisent pas de cavités résonnantes comme retards, et peuvent donc être considérés comme les microphones "les plus purs" en termes de faible coloration ; ils ajoutent très peu au son d'origine. Étant sensibles à la pression, ils peuvent également avoir une réponse basse fréquence très plate jusqu'à 20 Hz ou moins. Les microphones sensibles à la pression réagissent également beaucoup moins au bruit du vent et aux plosives que les microphones directionnels (sensibles à la vélocité).

Domaines d'application : studios, vieilles églises, théâtres, interviews télévisées sur place, etc.

Un exemple de microphone non directionnel est le rond noir à huit boules .

Unidirectionnel

Un microphone unidirectionnel est principalement sensible aux sons provenant d'une seule direction. Le diagramme ci-dessus (fusil de chasse) illustre un certain nombre de ces modèles. Le microphone est orienté vers le haut dans chaque diagramme. L'intensité sonore pour une fréquence particulière est tracée pour des angles radialement de 0 à 360°. (Les diagrammes professionnels montrent ces échelles et incluent plusieurs tracés à différentes fréquences. Les diagrammes donnés ici ne fournissent qu'un aperçu des formes de motifs typiques et de leurs noms.)

Cardioïde, hypercardioïde, supercardioïde, sous-cardioïde

Microphone supercardioïde dynamique University Sound US664A

Le microphone unidirectionnel le plus courant est un microphone cardioïde , ainsi nommé parce que le diagramme de sensibilité est "en forme de cœur", c'est-à-dire un cardioïde . La famille de microphones cardioïdes est couramment utilisée comme microphones vocaux ou vocaux car ils sont bons pour rejeter les sons provenant d'autres directions. En trois dimensions, la cardioïde a la forme d'une pomme centrée autour du microphone, qui est la "tige" de la pomme. La réponse cardioïde réduit le captage latéral et arrière, ce qui permet d'éviter les retours des moniteurs . Étant donné que ces microphones à transducteur directionnel réalisent leurs modèles en détectant le gradient de pression, les placer très près de la source sonore (à des distances de quelques centimètres) entraîne une amplification des basses en raison du gradient accru. C'est ce qu'on appelle l' effet de proximité . Le SM58 est le microphone le plus couramment utilisé pour le chant en direct depuis plus de 50 ans, démontrant l'importance et la popularité des micros cardioïdes.

Le cardioïde est en fait une superposition d'un microphone omnidirectionnel (pression) et d'un microphone en 8 (gradient de pression) ; pour les ondes sonores venant de l'arrière, le signal négatif du chiffre 8 annule le signal positif de l'élément omnidirectionnel, alors que, pour les ondes sonores venant de l'avant, les deux s'additionnent. Cependant, dans les basses fréquences, un microphone cardioïde se comporte comme un microphone omnidirectionnel.

En combinant les deux composants dans des rapports différents, il est possible d'obtenir n'importe quel motif entre omni et figure-8, qui comprend la famille cardioïde de premier ordre. Les formes courantes incluent :

  • Un microphone hypercardioïde est similaire au cardioïde, mais avec une contribution légèrement plus importante en 8, ce qui conduit à une zone de sensibilité avant plus étroite et à un lobe de sensibilité arrière plus petit. Il est produit en combinant les deux composants dans un rapport de 3:1, produisant des zéros à 109,5°. Ce rapport maximise le facteur de directivité (ou indice de directivité).
  • Un microphone super-cardioïde est similaire à un hyper-cardioïde, sauf qu'il y a plus de micros avant et moins de micros arrière. Il est produit avec un rapport d'environ 5:3, avec des zéros à 126,9°. Ce ratio maximise le ratio avant-arrière ; le rapport énergétique entre le rayonnement avant et arrière.
  • Le microphone subcardioïde n'a pas de points nuls. Il est produit avec un rapport d'environ 7:3 avec un niveau de 3 à 10 dB entre les micros avant et arrière.

Trois de ces microphones/hydrophones cardioïdes pourraient être orientés orthogonalement comme une triade colocalisée pour améliorer le gain et également créer un faisceau orientable.

Bidirectionnel

Les microphones "Figure 8" ou bidirectionnels reçoivent le son de manière égale à la fois de l'avant et de l'arrière de l'élément. La plupart des microphones à ruban sont de ce modèle. En principe, ils ne réagissent pas du tout à la pression acoustique, seulement au changement de pression entre l'avant et l'arrière ; étant donné que le son arrivant du côté atteint l'avant et l'arrière de la même manière, il n'y a pas de différence de pression et donc aucune sensibilité au son provenant de cette direction. En termes plus mathématiques, alors que les microphones omnidirectionnels sont des transducteurs scalaires répondant à la pression de n'importe quelle direction, les microphones bidirectionnels sont des transducteurs vectoriels répondant au gradient le long d'un axe normal au plan du diaphragme. Cela a également pour effet d'inverser la polarité de sortie pour les sons arrivant de l'arrière.

Fusil à pompe

Un micro canon Audio-Technica
Le tube d'interférence d'un microphone canon. La capsule est à la base du tube.

Les microphones canon sont les plus directionnels des types unidirectionnels simples du premier ordre. Aux basses fréquences, ils ont la réponse polaire classique d'un hypercardioïde, mais aux moyennes et hautes fréquences, un tube d'interférence leur donne une réponse directe accrue. Ceci est obtenu par un processus d'annulation des ondes hors axe entrant dans le réseau longitudinal de fentes. Une conséquence de cette technique est la présence de certains lobes arrière qui varient en niveau et en angle avec la fréquence et peuvent provoquer des effets de coloration. En raison de l'étroitesse de leur sensibilité vers l'avant, les microphones canons sont couramment utilisés sur les plateaux de télévision et de cinéma, dans les stades et pour l'enregistrement sur le terrain de la faune.

Limite ou "PZM"

Plusieurs approches ont été développées pour utiliser efficacement un microphone dans des espaces acoustiques moins qu'idéals, qui souffrent souvent de réflexions excessives d'une ou plusieurs des surfaces (limites) qui composent l'espace. Si le microphone est placé dans ou très près de l'une de ces limites, les réflexions de cette surface ont la même synchronisation que le son direct, donnant ainsi au microphone une directivité hémisphérique et une meilleure intelligibilité. Initialement, cela se faisait en plaçant un microphone ordinaire adjacent à la surface, parfois dans un bloc de mousse acoustiquement transparente. Les ingénieurs du son Ed Long et Ron Wickersham ont développé le concept consistant à placer le diaphragme parallèlement et face à la limite. Bien que le brevet ait expiré, "Pressure Zone Microphone" et "PZM" sont toujours des marques commerciales actives de Crown International , et le terme générique microphone périphérique est préféré.

Alors qu'un microphone périphérique a été initialement mis en œuvre à l'aide d'un élément omnidirectionnel, il est également possible de monter un microphone directionnel suffisamment près de la surface pour bénéficier de certains des avantages de cette technique tout en conservant les propriétés directionnelles de l'élément. La marque de commerce de Crown sur cette approche est "Phase Coherent Cardioid" ou "PCC", mais d'autres fabricants utilisent également cette technique.

Conceptions spécifiques à l'application

Un micro-cravate est conçu pour un fonctionnement mains libres. Ces petits micros se portent sur le corps. À l'origine, ils étaient maintenus en place avec une lanière portée autour du cou, mais le plus souvent ils sont attachés aux vêtements avec un clip, une épingle, du ruban adhésif ou un aimant. Le cordon de la cravate peut être caché par des vêtements et soit dirigé vers un émetteur RF dans une poche ou attaché à une ceinture (pour une utilisation mobile), soit directement dirigé vers le mélangeur (pour les applications stationnaires).

Un microphone sans fil transmet l'audio sous forme de signal radio ou optique plutôt que via un câble. Il envoie généralement son signal à l'aide d'un petit émetteur radio FM à un récepteur à proximité connecté au système audio, mais il peut également utiliser des ondes infrarouges si l'émetteur et le récepteur sont à portée de vue l'un de l'autre.

Un microphone de contact capte les vibrations directement d'une surface ou d'un objet solide, par opposition aux vibrations sonores transportées dans l'air. Une utilisation pour cela est de détecter les sons de très faible niveau, tels que ceux de petits objets ou d' insectes . Le microphone se compose généralement d'un transducteur magnétique (bobine mobile), d'une plaque de contact et d'une broche de contact. La plaque de contact est placée directement sur la partie vibrante d'un instrument de musique ou d'une autre surface, et la broche de contact transfère les vibrations à la bobine. Des microphones de contact ont été utilisés pour capter le son du rythme cardiaque d'un escargot et les pas des fourmis. Une version portable de ce microphone a récemment été développée. Un microphone de gorge est une variante du microphone de contact qui capte la parole directement à partir de la gorge d'une personne, à laquelle il est attaché. Cela permet à l'appareil d'être utilisé dans des zones avec des sons ambiants qui rendraient autrement le haut-parleur inaudible.

Un réflecteur parabolique Sony, sans microphone. Le microphone ferait face à la surface du réflecteur et le son capturé par le réflecteur rebondirait vers le microphone.

Un microphone parabolique utilise un réflecteur parabolique pour collecter et focaliser les ondes sonores sur un récepteur de microphone, de la même manière qu'une antenne parabolique (par exemple une antenne parabolique ) le fait avec les ondes radio. Les utilisations typiques de ce microphone, qui a une sensibilité frontale inhabituellement focalisée et peut capter des sons à plusieurs mètres de distance, incluent l'enregistrement de la nature, les événements sportifs en plein air, l' écoute clandestine , l'application de la loi et même l' espionnage . Les microphones paraboliques ne sont généralement pas utilisés pour les applications d'enregistrement standard, car ils ont tendance à avoir une mauvaise réponse dans les basses fréquences comme effet secondaire de leur conception.

Un microphone stéréo intègre deux microphones dans une unité pour produire un signal stéréophonique. Un microphone stéréo est souvent utilisé pour les applications de diffusion ou l' enregistrement sur le terrain où il serait peu pratique de configurer deux microphones à condensateur séparés dans une configuration XY classique (voir la pratique du microphone ) pour l'enregistrement stéréophonique. Certains de ces microphones ont un angle de couverture réglable entre les deux canaux.

Un microphone antibruit est une conception hautement directionnelle destinée aux environnements bruyants. Une telle utilisation est dans les cockpits d' avions où ils sont normalement installés en tant que microphones à perche sur les casques. Une autre utilisation est le support d'événements en direct sur des scènes de concert bruyantes pour les chanteurs impliqués dans des performances en direct . De nombreux microphones antibruit combinent des signaux reçus de deux diaphragmes qui sont en polarité électrique opposée ou qui sont traités électroniquement. Dans les conceptions à double diaphragme, le diaphragme principal est monté le plus près de la source prévue et le second est positionné plus loin de la source afin qu'il puisse capter les sons environnementaux à soustraire du signal du diaphragme principal. Une fois les deux signaux combinés, les sons autres que la source prévue sont considérablement réduits, augmentant considérablement l'intelligibilité. D'autres conceptions antibruit utilisent un diaphragme qui est affecté par des ports ouverts sur les côtés et à l'arrière du microphone, la somme étant un rejet de 16 dB des sons plus éloignés. Une conception de casque antibruit utilisant un seul diaphragme a été largement utilisée par des artistes vocaux tels que Garth Brooks et Janet Jackson . Quelques microphones antibruit sont des microphones à gorge.

Techniques de microphone stéréo

Diverses techniques standard sont utilisées avec des microphones utilisés en sonorisation lors de performances en direct, ou pour l'enregistrement en studio ou sur un plateau de tournage. Par une disposition appropriée d'un ou plusieurs microphones, les caractéristiques souhaitables du son à collecter peuvent être conservées, tout en rejetant les sons indésirables.

Alimentation

Les microphones contenant des circuits actifs, tels que la plupart des microphones à condensateur, nécessitent une alimentation électrique pour faire fonctionner les composants actifs. Le premier de ces circuits utilisait des tubes à vide avec une unité d'alimentation séparée, utilisant un câble et un connecteur multibroches. Avec l'avènement de l'amplification à semi-conducteurs, les besoins en énergie ont été considérablement réduits et il est devenu pratique d'utiliser les mêmes conducteurs de câble et connecteur pour l'audio et l'alimentation. Au cours des années 1960, plusieurs méthodes d'alimentation ont été développées, principalement en Europe. Les deux méthodes dominantes étaient initialement définies dans la norme allemande DIN 45595 comme de:Tonaderspeisung ou T-power et DIN 45596 pour l' alimentation fantôme . Depuis les années 1980, l'alimentation fantôme est devenue beaucoup plus courante, car la même entrée peut être utilisée pour les microphones alimentés et non alimentés. Dans les appareils électroniques grand public tels que les reflex numériques et les caméscopes, « l'alimentation enfichable » est plus courante, pour les microphones utilisant un connecteur de prise téléphonique de 3,5 mm. Les alimentations fantôme, T et plug-in sont décrites dans la norme internationale IEC 61938.

Connecteurs

Micro Samson avec connecteur USB

Les connecteurs les plus couramment utilisés par les microphones sont :

  • Connecteur XLR mâle sur micros professionnels
  • Connecteur téléphonique ¼ pouce (parfois appelé 6,35 mm) sur les microphones de musiciens moins chers, utilisant un connecteur téléphonique asymétrique 1/4 pouce (6,3 mm) TS (embout et manchon). Les microphones d'harmonica utilisent généralement une connexion TS à haute impédance de 6,3 mm (6,3 mm) pour passer par les amplificateurs de guitare.
  • Mini prise téléphonique stéréo TRS (pointe, bague et manchon) de 3,5 mm (parfois appelée mini 1/8 pouce) (également disponible en mono TS) sur les microphones d'appareil photo, d'enregistreur et d'ordinateur de prosommateur.
  • L'USB permet une connexion directe aux PC. L'électronique de ces microphones alimentés via la connexion USB effectue la préamplification et l'ADC avant que les données audio numériques ne soient transférées via l'interface USB.

Certains microphones utilisent d'autres connecteurs, tels qu'un XLR à 5 broches ou un mini XLR pour la connexion à un équipement portable. Certains microphones lavalier (ou "revers", depuis l'époque où le microphone était attaché au revers du costume du journaliste) utilisent un connecteur propriétaire pour la connexion à un émetteur sans fil, tel qu'un pack radio . Depuis 2005, des microphones de qualité professionnelle avec connexions USB ont commencé à apparaître, conçus pour l'enregistrement direct dans un logiciel informatique.

Adaptation d'impédance

Les microphones ont une caractéristique électrique appelée impédance , mesurée en ohms  (Ω), qui dépend de la conception. Dans les microphones passifs, cette valeur se rapporte à l'impédance de la bobine (ou d'un mécanisme similaire). Dans les microphones actifs, cette valeur décrit l'impédance de charge pour laquelle son circuit amplificateur est conçu. En règle générale, l' impédance nominale est indiquée. Une faible impédance est considérée sous 600 Ω. L'impédance moyenne est considérée entre 600 Ω et 10 kΩ. La haute impédance est supérieure à 10 kΩ. En raison de leur amplificateur intégré , les microphones à condensateur ont généralement une impédance de sortie comprise entre 50 et 200 Ω.

Si un microphone est fabriqué dans des versions à haute et basse impédance, la version à haute impédance a une tension de sortie plus élevée pour une entrée de pression acoustique donnée, et convient pour une utilisation avec des amplificateurs de guitare à lampes, par exemple, qui ont une impédance d'entrée élevée et nécessitent une tension d'entrée de signal relativement élevée pour surmonter le bruit inhérent des tubes. La plupart des microphones professionnels sont à faible impédance, environ 200 Ω ou moins. L'équipement audio professionnel à tube à vide comprend un transformateur qui augmente l'impédance du circuit du microphone jusqu'à la haute impédance et la tension nécessaires pour piloter le tube d'entrée. Des transformateurs d'adaptation externes sont également disponibles et peuvent être utilisés en ligne entre un microphone à faible impédance et une entrée à haute impédance.

Les microphones à basse impédance sont préférés aux microphones à haute impédance pour deux raisons : l'une est que l'utilisation d'un microphone à haute impédance avec un long câble entraîne une perte de signal haute fréquence en raison de la capacité du câble, qui forme un filtre passe-bas avec l'impédance de sortie du microphone . L'autre est que les longs câbles à haute impédance ont tendance à capter plus de ronflement (et peut - être aussi des interférences radio (RFI)). Rien n'est endommagé si l'impédance entre le microphone et d'autres équipements n'est pas adaptée ; le pire qui arrive est une réduction du signal ou un changement de réponse en fréquence.

Certains microphones sont conçus pas avoir leur impédance compensée par la charge qu'ils sont connectés. Cela peut altérer leur réponse en fréquence et provoquer une distorsion, en particulier à des niveaux de pression acoustique élevés. Certains microphones à ruban et dynamiques sont des exceptions, en raison de l'hypothèse des concepteurs d'une certaine impédance de charge faisant partie du circuit d'amortissement électroacoustique interne du microphone.

Interface de microphone numérique

Microphone numérique Neumann D-01 et interface de microphone numérique USB Neumann DMI-8 à 8 canaux

La norme AES42 , publiée par l' Audio Engineering Society , définit une interface numérique pour les microphones. Les microphones conformes à cette norme émettent directement un flux audio numérique via un connecteur XLR ou XLD mâle, plutôt que de produire une sortie analogique. Les microphones numériques peuvent être utilisés soit avec un équipement neuf avec des connexions d'entrée appropriées conformes à la norme AES42, soit via un boîtier d'interface approprié. Des microphones de qualité studio fonctionnant conformément à la norme AES42 sont désormais disponibles auprès d'un certain nombre de fabricants de microphones.

Dimensions et spécifications

Une comparaison de la réponse en fréquence dans l'axe en champ lointain de l'Oktava 319 et du Shure SM58

En raison des différences dans leur construction, les microphones ont leurs propres réponses caractéristiques au son. Cette différence de réponse produit des réponses en phase et en fréquence non uniformes . De plus, les microphones ne sont pas uniformément sensibles à la pression acoustique et peuvent accepter différents niveaux sans distorsion. Bien que pour les applications scientifiques, des microphones avec une réponse plus uniforme soient souhaitables, ce n'est souvent pas le cas pour l'enregistrement de musique, car la réponse non uniforme d'un microphone peut produire une coloration souhaitable du son. Il existe une norme internationale pour les spécifications des microphones, mais peu de fabricants y adhèrent. Par conséquent, la comparaison des données publiées par différents fabricants est difficile car différentes techniques de mesure sont utilisées. Le site Web de données de microphone a rassemblé les spécifications techniques complètes avec des images, des courbes de réponse et des données techniques des fabricants de microphones pour chaque microphone actuellement répertorié, et même quelques modèles obsolètes, et affiche les données pour tous dans un format commun pour faciliter la comparaison. . [2] . Cependant, il convient de faire preuve de prudence en tirant des conclusions solides à partir de ces données ou de toute autre donnée publiée, à moins que l'on ne sache que le fabricant a fourni des spécifications conformément à la CEI 60268-4.

Un diagramme de réponse en fréquence trace la sensibilité du microphone en décibels sur une plage de fréquences (typiquement de 20 Hz à 20 kHz), généralement pour un son parfaitement dans l'axe (son arrivant à 0° de la capsule). La réponse en fréquence peut être indiquée textuellement de manière moins informative comme suit : « 30 Hz–16 kHz ±3 dB ». Ceci est interprété comme signifiant un tracé presque plat et linéaire entre les fréquences indiquées, avec des variations d'amplitude ne dépassant pas plus ou moins 3 dB. Cependant, on ne peut pas déterminer à partir de ces informations à quel point les variations sont régulières , ni dans quelles parties du spectre elles se produisent. Notez que les déclarations courantes telles que "20 Hz-20 kHz" n'ont aucun sens sans une mesure de tolérance en décibels. La réponse en fréquence des microphones directionnels varie considérablement avec la distance de la source sonore et avec la géométrie de la source sonore. La CEI 60268-4 spécifie que la réponse en fréquence doit être mesurée dans des conditions d' ondes progressives planes (très loin de la source), mais cela est rarement pratique. Les microphones de proximité peuvent être mesurés avec différentes sources sonores et distances, mais il n'y a pas de norme et donc aucun moyen de comparer les données de différents modèles à moins que la technique de mesure ne soit décrite.

Le bruit propre ou le niveau de bruit d' entrée équivalent est le niveau sonore qui crée la même tension de sortie que le microphone en l'absence de son. Cela représente le point le plus bas de la plage dynamique du microphone et est particulièrement important si vous souhaitez enregistrer des sons faibles. La mesure est souvent indiquée en dB(A) , qui est l'intensité équivalente du bruit sur une échelle de décibels pondérée en fréquence pour la façon dont l'oreille entend, par exemple : "15 dBA SPL" (SPL signifie niveau de pression acoustique par rapport à 20  micropascals ). Plus le nombre est bas, mieux c'est. Certains fabricants de microphones indiquent le niveau de bruit en utilisant la pondération du bruit ITU-R 468 , qui représente plus précisément la façon dont nous entendons le bruit, mais donne un chiffre supérieur de 11 à 14 dB. Un microphone silencieux mesure généralement 20 dBA SPL ou 32 dB SPL pondéré en 468. Des microphones très silencieux existent depuis des années pour des applications spéciales, comme le Brüel & Kjaer 4179, avec un niveau sonore d'environ 0 dB SPL. Récemment, certains microphones avec des spécifications à faible bruit ont été introduits sur le marché du studio/du divertissement, tels que les modèles de Neumann et Røde qui annoncent des niveaux de bruit compris entre 5 et 7 dBA. Cela est généralement obtenu en modifiant la réponse en fréquence de la capsule et de l'électronique pour réduire le bruit dans la courbe de pondération A , tandis que le bruit à large bande peut être augmenté.

Le SPL maximum que le microphone peut accepter est mesuré pour des valeurs particulières de distorsion harmonique totale (THD), généralement 0,5%. Cette quantité de distorsion est généralement inaudible, vous pouvez donc utiliser le microphone en toute sécurité à ce SPL sans nuire à l'enregistrement. Exemple : "Crête de 142  dB SPL (à 0,5 % THD)". Plus la valeur est élevée, mieux c'est, bien que les microphones avec un SPL maximum très élevé aient également un bruit propre plus élevé.

Le niveau d'écrêtage est un indicateur important du niveau maximal utilisable, car le chiffre de 1% THD généralement indiqué sous le SPL max est vraiment un niveau de distorsion très léger, assez inaudible, surtout sur de brefs pics élevés. L'écrêtage est beaucoup plus audible. Pour certains microphones, le niveau d'écrêtage peut être bien supérieur au SPL max.

La plage dynamique d'un microphone est la différence de SPL entre le bruit de fond et le SPL maximum. S'il est indiqué seul, par exemple, "120 dB", il transmet beaucoup moins d'informations que d'avoir les chiffres du bruit propre et du SPL maximum individuellement.

La sensibilité indique dans quelle mesure le microphone convertit la pression acoustique en une tension de sortie. Un microphone à haute sensibilité crée plus de tension et nécessite donc moins d'amplification au niveau du mélangeur ou de l'appareil d'enregistrement. Ceci est une préoccupation pratique mais n'est pas directement une indication de la qualité du microphone, et en fait le terme sensibilité est quelque peu impropre, "gain de transduction" étant peut-être plus significatif, (ou simplement "niveau de sortie") car la vraie sensibilité est généralement fixé par le bruit de fond , et trop de "sensibilité" en termes de niveau de sortie compromet le niveau d'écrêtage. Il existe deux mesures communes. La norme internationale (préférée) est faite en millivolts par pascal à 1 kHz. Une valeur plus élevée indique une plus grande sensibilité. L'ancienne méthode américaine se réfère à une norme de 1 V/Pa et est mesurée en décibels simples, ce qui donne une valeur négative. Encore une fois, une valeur plus élevée indique une plus grande sensibilité, donc -60 dB est plus sensible que -70 dB.

Micros de mesure

Un microphone à condensateur AKG C214 avec suspension antichoc

Certains microphones sont destinés à tester les haut-parleurs, à mesurer les niveaux de bruit et à quantifier une expérience acoustique. Ce sont des transducteurs étalonnés et sont généralement fournis avec un certificat d'étalonnage indiquant la sensibilité absolue par rapport à la fréquence. La qualité des microphones de mesure est souvent désignée en utilisant les désignations "Classe 1", "Type 2", etc., qui ne font pas référence aux spécifications des microphones mais aux sonomètres . Une norme plus complète pour la description des performances des microphones de mesure a été récemment adoptée.

Les microphones de mesure sont généralement des capteurs de pression scalaires ; ils présentent une réponse omnidirectionnelle, limitée uniquement par le profil de diffusion de leurs dimensions physiques. Les mesures d' intensité sonore ou de puissance acoustique nécessitent des mesures de gradient de pression, qui sont généralement effectuées à l'aide de réseaux d'au moins deux microphones ou d' anémomètres à fil chaud .

Étalonnage

Pour effectuer une mesure scientifique avec un microphone, sa sensibilité précise doit être connue (en volts par pascal ). Étant donné que cela peut changer au cours de la durée de vie de l'appareil, il est nécessaire de calibrer régulièrement les microphones de mesure. Ce service est proposé par certains fabricants de microphones et par des laboratoires d'essais certifiés indépendants. Tout l' étalonnage des microphones est en fin de compte traçable par rapport aux étalons primaires d' un institut de mesure national tel que le NPL au Royaume-Uni, le PTB en Allemagne et le NIST aux États-Unis, qui étalonnent le plus souvent à l'aide de l'étalon primaire de réciprocité. Les microphones de mesure étalonnés à l'aide de cette méthode peuvent ensuite être utilisés pour étalonner d'autres microphones à l'aide de techniques d'étalonnage de comparaison.

Selon l'application, les microphones de mesure doivent être testés périodiquement (tous les ans ou plusieurs mois, généralement) et après tout événement potentiellement dommageable, comme une chute (la plupart de ces microphones sont livrés dans des étuis rembourrés de mousse pour réduire ce risque) ou exposés à des sons au-delà du niveau acceptable.

Tableaux

Un réseau de microphones est un nombre quelconque de microphones fonctionnant en tandem . Il existe de nombreuses applications :

Typiquement, un réseau est composé de microphones omnidirectionnels répartis sur le périmètre d'un espace, reliés à un ordinateur qui enregistre et interprète les résultats sous une forme cohérente.

Pare-brise

Microphone avec sa bonnette enlevée.

Les pare-brise (ou pare-brise - les termes sont interchangeables) fournissent une méthode pour réduire l'effet du vent sur les microphones. Alors que les écrans anti-pop protègent des explosions unidirectionnelles, les "chapeaux" en mousse protègent la grille de toutes les directions, et les dirigeables / zeppelins / paniers entourent entièrement le microphone et protègent également son corps. Ce dernier point est important car, étant donné le contenu extrêmement basse fréquence du bruit du vent, les vibrations induites dans le boîtier du microphone peuvent contribuer sensiblement au bruit émis.

Le matériau de blindage utilisé – toile métallique, tissu ou mousse – est conçu pour avoir une impédance acoustique importante. Les changements de pression atmosphérique relativement faibles à la vitesse des particules qui constituent les ondes sonores peuvent passer avec une atténuation minimale, mais le vent à vitesse de particules plus élevée est entravé dans une bien plus grande mesure. L'augmentation de l'épaisseur du matériau améliore l'atténuation du vent, mais commence également à compromettre le contenu audio haute fréquence. Cela limite la taille pratique des écrans en mousse simples. Alors que les mousses et les treillis métalliques peuvent être partiellement ou totalement autoportants, les tissus doux et les gazes nécessitent un étirement sur des cadres ou un laminage avec des éléments structurels plus grossiers.

Étant donné que tout le bruit du vent est généré sur la première surface touchée par l'air, plus l'espacement entre la périphérie du blindage et la capsule du microphone est grand, plus l'atténuation du bruit est importante. Pour un bouclier approximativement sphérique, l'atténuation augmente d'environ (environ) le cube de cette distance. Ainsi, les boucliers plus grands sont toujours beaucoup plus efficaces que les plus petits. Avec les pare-brise à panier plein, il existe un effet de chambre de pression supplémentaire, expliqué pour la première fois par Joerg Wuttke, qui, pour les microphones à deux ports (gradient de pression), permet à la combinaison bouclier/microphone d'agir comme un filtre acoustique passe-haut.

Étant donné que la turbulence à une surface est la source du bruit du vent, la réduction de la turbulence brute peut s'ajouter à la réduction du bruit. Les surfaces aérodynamiquement lisses et celles qui empêchent la génération de puissants tourbillons ont été utilisées avec succès. Historiquement, la fourrure artificielle s'est avérée très utile à cette fin puisque les fibres produisent des micro-turbulences et absorbent l'énergie en silence. Si elles ne sont pas emmêlées par le vent et la pluie, les fibres de fourrure sont très transparentes acoustiquement, mais le support tissé ou tricoté peut donner une atténuation significative. En tant que matériau, il souffre d'être difficile à fabriquer avec cohérence et à maintenir en parfait état sur place. Il y a donc un intérêt (DPA 5100, Rycote Cyclone) à s'éloigner de son utilisation.

Singer et filtre anti- pop devant un micro à condensateur à large membrane

En studio et sur scène, les écrans anti-pop et les écrans en mousse peuvent être utiles pour des raisons d'hygiène et de protection des micros contre les crachats et la transpiration. Ils peuvent également être des identifiants colorés utiles. Sur place, le panier de protection peut contenir un système de suspension pour isoler le microphone des chocs et des bruits de manipulation.

Énoncer l'efficacité de la réduction du bruit du vent est une science inexacte puisque l'effet varie énormément avec la fréquence, et donc avec la bande passante du microphone et du canal audio. Aux très basses fréquences (10 à 100 Hz) où l'énergie éolienne est massive, les réductions sont importantes pour éviter de surcharger la chaîne audio - en particulier les premiers stades. Cela peut produire le son typique « wumping » associé au vent, qui est souvent une mise en sourdine syllabique de l'audio en raison de la limitation des crêtes LF. À des fréquences plus élevées – 200 Hz à ~ 3 kHz – la courbe de sensibilité auditive nous permet d'entendre l'effet du vent en plus du bruit de fond normal, même s'il a un contenu énergétique beaucoup plus faible. De simples écrans peuvent permettre au bruit du vent d'être moins apparent de 10 dB ; les meilleurs peuvent atteindre une réduction plus proche de 50 dB. Cependant, la transparence acoustique, en particulier en HF, doit également être indiquée, car un niveau très élevé d'atténuation du vent pourrait être associé à un son très étouffé.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

  • Corbett, Ian. Mic It ! : microphones, techniques de microphone et leur impact sur le mixage final . Presse CRC, 2014.
  • Earle, John. Le livre des micros . Taylor et François, 2004.

Liens externes