Microphone
Microphone est un dispositif de conversion du signal acoustique en signal électrique. Le premier microphone a été inventé par le créateur du gramophone Emile Berliner 4 mars1877.
Microphone dynamique
La membrane du microphone se déplace en fonction de la pression acoustique. Cela provoque également le mouvement de la bobine, qui est connectée à la membrane. Dans la bobine, qui se déplace ainsi dans un champ magnétique, se génère un signal électrique. La tension de sortie varie en fonction du mouvement de la membrane et de la bobine. Chez ce microphone, la membrane déplace la bobine dans le champ magnétique d'un aimant permanent, ce qui génère une tension alternative respectivement un courant (il s'agit d'un processus inverse à celui qui se produit dans les haut-parleurs classiques). Les microphones dynamiques sont moins sensibles que les microphones condensateurs, ils traitent donc mieux le chant fort lors des performances en direct, etc. Ils n'exigent pas de alimentation et sont très résistants aux dommages mécaniques. (Un exemple de légende vivante est par exemple le microphone Shure SM58, qui est très souvent utilisé lors des performances publiques). Caractéristique directivité est cardiaïde.
Microphone ruban
Ce microphone fonctionne sur le même principe qu'un microphone dynamique. La différence est que la membrane est remplacée par une fine bande d'aluminium, qui se déplace en fonction de la pression acoustique dans un champ magnétique. Microphone dynamique ruban (appelé aussi Ribbon). Ici, la "membrane" est une bande ondulée en feuille d'aluminium très fine (quelques micromètres), placée dans un champ magnétique permanent de aimants. Pour convertir une impédance très faible, on utilise un transformateur, qui est un composant clé de ces microphones, tout comme la force des aimants (aujourd'hui principalement néodymiques) et la qualité de la tension et de l'ondulation de la feuille d'aluminium. La construction est simple, mais elle est très sensible aux dommages mécaniques et ne peut pas être stockée près de supports magnétiques sensibles, car cela pourrait entraîner leur aimantation. Aujourd'hui, les microphones ruban connaissent un "comeback", malgré leur faible sensibilité et leur gamme de fréquence d'environ 15 kHz. Leur grand avantage est un son agréable et "chaleureux". Les microphones de ce type doivent être stockés longtemps dans une position verticale. Ils sont caractéristiques par une caractéristique en huit.
Microphone condensateur
Ce type de microphone contient deux plaques métalliques minces, qui forment ensemble un condensateur. Le circuit d'alimentation crée une charge électrique dans le condensateur. L'une de ces plaques est fixe et l'autre est mobile et a la fonction de membrane acoustique. Le rapprochement et l'éloignement mutuels de ces plaques provoquent un changement de capacité et donc une variation de la tension de sortie. L'épaisseur de la membrane est de quelques micromètres et une couche de métal précieux, le plus souvent or, est appliquée dessus, par une méthode similaire à celle utilisée pour la fabrication des transistors. Le changement de capacité est converti en signal électrique soit par un alimentation provenant d'une source douce, soit par un préamplificateur avec une impédance d'entrée très élevée (pour cela, les valves sont très adaptées, qui ont été utilisées dans les premiers microphones. Aujourd'hui, il est plus simple de résoudre un tel microphone à l'aide d'un circuit intégré, respectivement de transistors). Parfois, le microphone est un composant d'un oscillateur décalé par le changement de capacité et dans les circuits suivants, le changement est démodulé en un signal basse fréquence. Il est nécessaire que la distance entre la membrane et le préamplificateur soit la plus petite possible. Le diamètre de la membrane est généralement d'un pouce (c'est-à-dire 2,54 cm). Les microphones condensateurs nécessitent une alimentation. Avec une conception appropriée du boîtier du microphone, il est possible de modifier la polarisation de la tension pour changer la caractéristique directivité du microphone, ce qui est utilisé dans les microphones d'étude. Les microphones condensateurs sont utilisés principalement pour l'enregistrement professionnel en studio et à des fins de mesure. Pour les performances en direct, on utilise principalement des microphones dynamiques aujourd'hui. Le microphone condensateur appartient aux microphones acoustiquement les plus fiables et les plus sensibles parmi les différents principes de microphones.
Microphone électret
Le microphone électret est un type de microphone condensateur, chez lequel le champ électrique nécessaire au fonctionnement est généré par un électret, c'est-à-dire une matière isolante qui est permanentement chargée. Au rythme du mouvement de la membrane, la capacité du condensateur change ainsi que la tension entre les plaques. Les variations de tension doivent être traitées par un préamplificateur à haute impédance d'entrée (généralement un transistor FET intégré directement dans le corps du microphone), donc ils nécessitent également une alimentation. Ils sont produits pour des applications exigeantes de mesure, pour des études, mais aussi pour des usages non exigeants, par exemple dans les ordinateurs, les téléphones, l'électronique de consommation, etc. Le corps du microphone lui-même n'est généralement pas plus grand qu'1 cm en diamètre.
Microphone au carbone
Ce type n'est ni un microphone dynamique ni un microphone condensateur. Le microphone a été utilisé dans les anciens téléphones, et grâce à sa résistance aux chocs, également dans les émetteurs et les téléphones militaires. Le principe est basé sur la compression de granules de carbone. Lorsqu'ils sont comprimés, leur résistance diminue et la tension de sortie augmente. Sur le principe du microphone au carbone ont été construits les premiers amplificateurs acoustiques pour centraux téléphoniques. Ces amplificateurs avaient une distorsion élevée et une faible plage de fréquence. Dans les microphones de cette conception, des bruits causés par le frottement des grains de carbone entre eux apparaissaient lors de chocs mécaniques (même très légers). Au début de la radiodiffusion, le signal de l'émetteur à haute puissance passait par le microphone au carbone, donc les microphones nécessitaient un refroidissement. Ils étaient placés dans des trépieds lourds et dans des systèmes de ressorts ce qui éliminait les chocs mécaniques. Ils n'ont aucune caractéristique directivité.
Microphone piezoélectrique (microphone piezo)
Le microphone est basé sur le phénomène piezoélectrique. Une substance cristalline génère une tension électrique polarisée lors de sa déformation. Sur ce principe est basé le microphone piezoélectrique, qui est principalement utilisé pour capturer le son des instruments acoustiques (contrebasse, guitare, violon), car l'élément de mesure plat peut être avantageusement fixé à la plaque de résonance d'un instrument de musique. Les vibrations de la plaque se transmettent au cristal de mesure, ce qui génère une tension équivalente aux vibrations. Le microphone piezoélectrique a été principalement utilisé à la fin du 20e siècle. Les faibles coûts de fabrication l'ont rendu adapté comme accessoire pour les magnétophones à ruban.
Caractéristique du microphone
- plage de fréquence, pour laquelle les microphones sont conçus. Elle est exprimée en Hz. Pour un enregistrement de qualité, on exige une plage de 40 Hz – 15 kHz. Microphone au carbone : 300 Hz – 3 kHz, microphone dynamique : 20 Hz – 20 kHz, microphone condensateur : 10 Hz – 20 kHz.
- caractéristique directivité dépendance de la sensibilité du microphone de l'angle entre l'axe du microphone et la direction d'où provient la source sonore. Elle est exprimée par un graphique spatial.
- caractéristique fréquentielle est la dépendance de la sensibilité du microphone à la fréquence. Elle est exprimée graphiquement.
- sensibilité du microphone est la pression acoustique minimale que le microphone est capable de capturer pour provoquer une réponse souhaitée. Elle est exprimée en mV/Pa pour une fréquence donnée. Plus la sensibilité est faible, plus le microphone doit être proche de la source sonore. La sensibilité n'est pas un facteur déterminant, tant qu'elle ne descend pas en dessous de 0,8 mV/Pa avec une résistance interne du microphone de 200 Ohm. Dans ce cas, l'écart signal – bruit est de 45 dB, ce qui est la limite de la reconnaissance.
- bruit du microphone Si le niveau équivalent de bruit du microphone est inférieur au niveau de bruit de l'étude (pression acoustique 3,6.10-2 Pa) alors le microphone convient.
- impédance de sortie. Selon le type, elle dépend plus ou moins de la fréquence. La taille de l'impédance est importante pour connecter le microphone à l'amplificateur (adaptation d'impédance).
- facteur de directivité Chaque type de microphone se distingue par le fait que sa tension de sortie dépend également de la direction d'où la vague sonore arrive au microphone. Une sensibilité omnidirectionnelle n'ont que les microphones avec une caractéristique directivité omnidirectionnelle, mais même pour eux, cela ne s'applique que pour les fréquences moyennes et basses. À des fréquences plus élevées, cela change en une caractéristique cardiaïde ou en huit, si la longueur d'onde s'approche de la dimension du microphone. Les microphones avec une caractéristique cardiaïde ou en huit mettent en évidence les vagues sonores provenant de la direction de la plus grande sensibilité du microphone et atténuent le son provenant d'autres directions. Le facteur de directivité peut être exprimé mathématiquement comme le rapport de la tension de sortie au carré par la tension de sortie au carré d'un microphone identique placé dans un champ acoustique parfaitement diffus, sous l'hypothèse d'une pression acoustique identique et d'une onde arrivant sur l'axe du microphone. Un microphone avec une caractéristique parfaitement omnidirectionnelle a un coefficient de directivité = 1. La racine carrée du facteur de directivité est appelée facteur de distance, qui indique combien de fois on peut éloigner un microphone directif d'une source acoustique par rapport à un microphone à caractéristique omnidirectionnelle tout en maintenant le même rapport entre le signal direct et le signal parasite.
Caractéristique directivité
La caractéristique directivité est la sensibilité spatiale du microphone. En fonction de la conception et du type de microphone, celui-ci peut recevoir le son de différentes directions avec différentes intensités. Les microphones sont conçus avec des caractéristiques directivité selon leur usage prévu. La caractéristique directivité dépend de la fréquence – elle se manifeste généralement aux aigus, tandis que les graves restent inchangés.
-
omnidirectionnelle -
subcardiaïde -
cardiaïde -
supercardiaïde -
hypercardiaïde -
en huit -
directivité
- omnidirectionnelle (omnidirectionnelle) ou caractéristique sphérique est celle, où le microphone reçoit le son de manière égale de toutes les directions. Elle peut être obtenue le plus simplement et est typique pour les microphones électrets.
- cardiaïde (cardiaïde) caractéristique atténue la réception du son "de l'arrière" du microphone. Caractéristique typique pour les microphones dynamiques de chant, atténue le feedback.
- hypercardiaïde caractéristique est plus directivité que la caractéristique cardiaïde.
- en huit (bidirectionnelle) caractéristique est celle, où le microphone reçoit le son uniquement de l'arrière et de l'avant.
- directivité caractéristique représente une atténuation de la réception du son de l'arrière et des côtés. Le son est reçu uniquement de l'avant.
- directivité étroite caractéristique représente une atténuation marquée de la réception du son de l'arrière, ce qui est généralement obtenu pour des raisons physiques par la longueur du microphone jusqu'à 1 mètre. Elle est caractéristique pour les perches de cinéma, qui tiennent les microphones au-dessus de la limite supérieure de l'image. La caractéristique directivité étroite du microphone est obtenue au détriment de la caractéristique fréquentielle, qui est limitée au spectre acoustique.
Caractéristique fréquentielle
Haut Oktava 319 (studio), bas Shure SM58 (chant)
La caractéristique fréquentielle du microphone est la dépendance de la sensibilité à la fréquence. Elle est exprimée graphiquement. L'idéal physique serait un microphone qui convertirait toujours un stimulus acoustique en un signal électrique équivalent, indépendamment de sa fréquence. Ce n'est cependant pas le cas. L'obtention d'une caractéristique équilibrée au moins dans la zone audible exige des mesures coûteuses, par exemple des dimensions très petites du microphone. Le manque est devenu une qualité et les inégalités fréquentielles des différents produits sont utilisées pour mettre en évidence ou atténuer certaines nuances sonores caractéristiques des objets enregistrés. Par exemple, tous les microphones, sauf les omnidirectionnels, fonctionnent comme des convertisseurs de gradient de pression, en s'approchant de la source du signal, ils renforcent les basses fréquences – appelé 'effet proximité'. Certains chanteurs l'utilisent pour obtenir une couleur sonore chaude dans certaines parties du chant en s'approchant ou en s'éloignant du microphone.
Pour des usages spéciaux, on fabrique des microphones avec une partie de la caractéristique fréquentielle atténuée (par exemple, pour l'enregistrement de la parole ou pour des dispositifs de communication fonctionnant dans un environnement bruyant), dans certains cas, ils sont équipés de corrections commutables directement dans le corps du microphone, ou mettent en évidence une certaine partie du spectre nécessaire à l'enregistrement du son d'instruments de musique spécifiques.
Accessoires
- protection contre le vent et les influences mécaniques – généralement sous forme d'un couvercle absorbant le son (molleton, tissu)
- araignée – utilisée principalement pour les microphones condensateurs. Le corps du microphone est capturé dans un caoutchouc (ou des ressorts) d'un système amorti, qui le sépare des chocs mécaniques.
- protection anti-vent – nom général utilisé pour la protection en mousse du microphone contre le vent. Les équipes de télévision l'utilisent principalement sur les microphones d'actualité, et sa version "poilue" est utilisée sur les microphones à directivité étroite.
- filtre pop – utilisé dans les studios. C'est un filet en tissu absorbant qui atténue (dissperse) une grande quantité d'air (par exemple, un souffle) pour qu'il ne se transmette pas comme une vague d'onde sur le microphone.