Comment marche un microphone?

Microphones dynamiques | Microphones à condensateur | Alimentation fantôme | Autres types de microphones

Le microphone, tout comme les cellules de tourne-disque, les casques d’écoute et les hauts parleurs, est un transducteur - en d’autres termes, un convertisseur d’énergie. Il capte l’énergie acoustique (son) pour le transformer en énergie électrique équivalente. Le son capté par le microphone devrait, une fois amplifié et transmis aux hauts parleurs ou au casque d’écoute, sortir du transducteur sans modifications importantes.

Il existe différentes façons de convertir le son en énergie électrique, mais nous n’abordons dans ce guide que les deux principaux types de microphones, à savoir : les micros dynamiques et ceux à condensateur. Ils servent couramment dans les studios d’enregistrement, les productions radiodiffusées et cinématographiques, les chaînes de haute fidélité et l’enregistrement vidéo ainsi que sur scène afin d’obtenir un renforcement sonore en direct.

FIGURE 1 : Capsule de microphone dynamique
Microphones dynamiques
Pour comprendre facilement leur mode de fonctionnement, il suffit de comparer les types de microphone à des hauts parleurs.Les microphones dynamiques peuvent, d’une certaine manière, être considérés comme des hauts parleurs conventionnels. Ils ont tout deux une membrane (ou cône) doté d’une bobine mobile (un long fil métallique) attaché près du sommet. Cette bobine mobile est placée dans l’entrefer pour les deux systèmes magnétiques. La différence réside dans leur utilisation.

Dans un haut-parleur, le courant de l’amplificateur circule dans la bobine. Le champ magnétique créé par le courant circulant dans la bobine mobile interagit avec le champ magnétique de l’aimant du haut-parleur, obligeant la bobine et le cône s’y rattachant à osciller et à produire ainsi des ondes sonores.

Un microphone dynamique fonctionne à l’inverse d’un haut-parleur. Dans ce cas, c’est la pression sonore qui fait bouger la membrane Le mouvement est transmis à la bobine, ce qui produit un flux de courant. Au lieu d’introduire de l’énergie électrique dans la bobine (comme c’est le cas pour un haut-parleur), on en retire. En fait, plusieurs systèmes d’interphone utilisent des petits hauts parleurs munis de membranes légères servant à la fois de haut-parleur et de microphone. Il suffit d’inverser le positionnement du transducteur par rapport à l’amplificateur ! Un haut-parleur ne remplacera jamais un bon microphone mais il suffit généralement pour ce genre d’application.

Les microphones dynamiques ont une réputation de robustesse et de fiabilité. Ils fonctionnent sans piles ni alimentation externe. Ils offrent une réponse étendue régulière ou « sur mesure » pour des applications spéciales. Grâce à leur niveau de sortie suffisamment élevé, ils fonctionnent directement avec la plupart des entrées de microphone et offrent un excellent rapport signal/bruit. Ils ne nécessitent que peu ou pas d’entretien et donnent, avec un minimum de soin, d’excellents résultats pendant de nombreuses années.

FIGURE 2 : Capsule à condensateur électret
Microphones à condensateur
Les microphones à condensateur (ou micros électrostatiques) possèdent un condensateur formé d’une électrode fixe et d’une membrane légère. Cette dernière, constituée de plastique polymère, bouge sous l’action de la pression sonore. Ce mouvement change la capacitance du circuit créant un ainsi un changement dans la sortie électrique. À bien des égards, un microphone à condensateur fonctionne, à une échelle réduite et de façon inverse, de la même façon qu’un haut-parleur d’aigus électrostatique.

On choisit souvent des microphones à condensateur pour leur réponse en fréquence très régulière et leur clarté dans les transitoires. La faible masse de la membrane permet une réponse en haute fréquence, tandis que son design garantit aussi une excellente sensibilité aux basses fréquences. La restitution sonore naturelle, nette et précise se caractérise par une parfaite transparence.

On trouve deux principaux types de microphones à condensateur sur le marché. Le premier requiert une alimentation externe fournissant la tension de polarisation nécessaire pour le circuit capacitif. Ces microphones polarisés à l’externe servent principalement aux professionnels en studio ou à d’autres applications hautement spécialisées.

Le microphone à condensateur électret constitue une innovation récente (Fig. 2). Dans ce deuxième type, la membrane ou le condensateur polarisé ont été soumis en usine à champ électrique polarisé, et ils restent électrisés de façon permanente.

Les meilleurs microphones à condensateur électret donnent une magnifique performance, et on s’en sert beaucoup dans la diffusion, l’enregistrement et le renforcement sonore.

Grâce en partie à sa membrane de faible masse, ce type de microphone capte moins les bruits de manipulation ou les bruits mécaniques que les micros dynamiques. Pour tous les condensateurs à électret, Audio-Technica a choisi d’appliquer le champ électrique temporaire, ou à charge fixe, sur la plaque plutôt que sur la membrane. Ceci afin d’utiliser un matériau plus fin pour la membrane améliorant la performance par rapport aux microphones électret de conception classique. Ainsi, plusieurs membranes de microphones Audio-Technica n’ont que 2 microns d’épaisseur (moins de 1/10 000e de pouce) !

Les condensateurs possèdent deux avantages supplémentaires qui en font le meilleur choix (ou parfois le seul) pour de nombreuses applications : ils sont plus légers que les capsules dynamiques et par conséquent, beaucoup plus petits. Ces caractéristiques conviennent particulièrement pour les microphones à condensateur en ligne (ou canon), les microphones sans fil ou les microphones miniatures de tous genres.

La miniaturisation des microphones dynamiques réduit grandement leur réponse en basses fréquences et leur sensibilité acoustique générale tout en augmentant les bruits mécaniques ou de manipulation.

Alimentation fantôme des micros à condensateur
Le microphone à condensateur électret ne nécessite pas d’alimentation pour obtenir une tension de polarisation, par contre, le circuit d’adaptation de l’impédance TEC du microphone en requiert une. Celle-ci peut provenir d’une petite pile interne à basse tension ou d’une alimentation externe « fantôme ».

L’alimentation fantôme est une technique consistant à fournir un courant continu au microphone au moyen d’un câble blindé à deux conducteurs transportant l’audio du micro. Cette alimentation provient soit du mélangeur du microphone, soit d’une source externe « introduite » dans la ligne entre le microphone et l’entrée du mélangeur. Pour ce faire, la ligne entre l’alimentation fantôme et le microphone doit être symétrique par rapport à la masse et ne doit pas être interrompue par des appareils tels des filtres ou des transformateurs qui risquent de laisser passer le signal audio mais pas le CC. L’alimentation fantôme requiert également une connexion à la terre continue (Broche 1 du connecteur de type XLR) partant de l’alimentation jusqu’au microphone. L’alimentation fournit un courant continu positif égal aux deux conducteurs de la liaison symétrique et le retour du courant s'effectue par le blindage du câble. L’alimentation fantôme ne perturbe pas les microphones à sortie symétrique car il n’y a pas de connexion entre le blindage et les conducteurs et donc pas circuit pour le courant continu.

L’alimentation fantôme existe sous plusieurs tensions de sortie, de 9 à 48 V. Elle peut provenir d’une ligne de courant alternatif ou de piles internes.

Les microphones à condensateur polarisés à l’externe ou « non prépolarisés », sont rarement alimentés par une pile interne. Une source d’alimentation fantôme fournit la tension de polarisation pour le condensateur tout en alimentant l’adaptateur d’impédance. Ce type est parfois qualifié de « condensateur pur ».

Autres types de microphones
Il existe différentes manières de transformer le son en énergie électrique. On utilise de la grenaille de charbon comme capsule pour les micros des téléphones ou de communication. Certains microphones bon marché ont des capsules de cristal ou de céramique, en général suffisantes pour la reproduction de la voix mais pas pour la musique ou les applications de précision.

Le microphone à ruban, utilisé parfois dans les studios d’enregistrement, représente un autre type de microphone. Il s’agit d’un microphone dynamique possédant un ruban métallique, servant à la fois de bobine mobile et de membrane, suspendu entre les pôles d’un circuit magnétique. Malgré d’excellents résultats, la fragilité du ruban, oblige à le protéger contre les pressions acoustiques élevées et le vent. Par conséquent, les microphones à ruban servent rarement à des applications de renforcement ou lors d’enregistrement hors studio.

Ces microphones, souvent conçus pour les prises de son provenant de l’avant et de l’arrière, servent parfois lorsqu’une directivité bidirectionnelles est requise – ce qui nous amène à la prochaine classification essentielle des microphones.

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