Microphone

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Exercices
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Sons et musiques

Le microphone (ou micro) est un appareil qui convertit les variations de pression acoustique en une tension électrique variable. Ce signal électrique, une fois amplifié, peut à nouveau donner naissance à un son s’il est appliqué aux bornes d’un haut-parleur par exemple.

Les variations de pression sont captées par une membrane, dont les caractéristiques déterminent la directivité et la sensibilité du micro. Différents procédés permettent ensuite de transformer ces variations de pression en signal électrique.

n Directivité

En fonction de l’usage choisit pour un micro, la membrane (appelée aussi diaphragme) peut privilégier la réception de sons provenant de certaines directions, voire rejeter totalement la perception de certaines zones autour d’elle. On classe les micros dans quatre catégories principales selon la directivité de leur membrane : les omnidirectionnels, les bidirectionnels, les cardioïdes et les hypercardioïdes.

La sensibilité en fonction de la direction de provenance du son est décrite dans un graphique appelé diagramme polaire. Le centre représente le microphone et son diaphragme, alors qu’autour de celui-ci est reportée la valeur de la sensibilité dans toutes les directions. 0° correspond au point tout à fait en face du diaphragme, alors que 180° indique la position opposée, derrière le microphone. Chaque cercle concentrique, depuis celui qui est le plus à l’extérieur, indique une perte de 5 décibels par rapport au niveau sonore perçu pour des sons dont la source est exactement face au microphone.

Omnidirectionnel Bidirectionnel

Cardioïde Hypercardioïde

Diagrammes polaires des 4 principaux types de micros

Membrane

Angle correspondant à une atténuation de

Atténuation pour un angle de

90°

180°

Omnidirectionnelle

Bidirectionnelle

45°

60°

90°

Cardioïde

65°

90°

180°

Hypercardioïde

52°

70°

110°

Les valeurs et les diagrammes donnés ci-dessus sont théoriques : en effet, selon la qualité du micro et la fréquence du son capté, les atténuations réelles seront plus ou moins proches des valeurs théoriques correspondant à un type de micro donné.

n Sensibilité

La sensibilité d’un micro, c’est-à-dire sa capacité à capter et convertir en signal électrique des sons de faible amplitude, dépend essentiellement de la surface de la membrane : plus elle est grande et plus elle pourra capter des vibrations acoustiques faibles. En effet, la puissance P fournie par une onde sonore arrivant perpendiculairement à une membrane est liée à la surface S de cette dernière par la relation :

avec p la pression acoustique de l’onde sonore, ρ la masse volumique de l’air et c la célérité du son dans l’air.

n Conversion des vibrations en signal électrique

Dans les microphones dynamiques, une bobine est collée à la membrane (ou diaphragme) qui la fait vibrer dans le fort champ magnétique fixe d’un aimant permanent. Le mouvement crée une force électromotrice qui génère le signal électrique.

Ces microphones sont dit « dynamiques », car contrairement aux micros électrostatiques, ils n’ont pas besoin d’alimentation.

Dans les microphones électrostatiques, la membrane, couverte d’une mince couche conductrice, est l’une des armatures d’un condensateur, chargé par une tension continue, l’autre armature étant fixe. La vibration rapproche et éloigne les armatures, faisant varier la capacité. Les micros électrostatiques ont une meilleure sensibilité que leurs homologues dynamiques, mais ils nécessitent l’utilisation d’une alimentation électrique.

1. On souhaite enregistrer un chanteur mais l’on ne connaît pas le type de directivité du micro utilisé. Où devra se placer le chanteur par rapport à la membrane du micro pour obtenir le niveau sonore le plus élevé possible ?

2. Associer chacune des descriptions suivantes à un type de micro :

a. Le microphone est en mesure de capter de façon optimale les sons provenant de l’arrière comme du devant mais s’avère peu sensible aux sons émis sur les côtés.

b. La sensibilité du microphone est la même dans toutes les directions de
l’espace.

c. Ce type de microphone est un peu plus directif que son homologue sur la partie avant ce qui implique une augmentation de la sensibilité aux sons provenant de l’arrière du microphone.

d. Les sons provenant de l’arrière du microphone ne sont pas captés.

3. On utilise maintenant un micro bidirectionnel. Le niveau sonore moyen du chant perçu par la membrane lorsque le chanteur est face à la membrane est de 80 dB. Quel sera le niveau perçu par la membrane si le chanteur se place à 60° de la membrane ?

4. Donner une position pour laquelle l’intensité sonore perçue par la membrane sera divisée par deux par rapport à la position frontale du chanteur.

Voir le savoir-faire 2 du chapitre 1 : « Utiliser la relation liant le niveau d’intensité sonore à l’intensité sonore ».

5. Dans quelles positions aucun son ne sera-t-il perçu par la membrane ?

6. On dispose désormais de deux micros omnidirectionnels dotés de membranes circulaires respectivement de 18 mm et 25 mm de diamètre. Comparer le rapport de puissance acoustique perçu par les deux microphones pour un même niveau sonore produit par le chanteur.

7. Rechercher pour quelle raison les microphones dynamiques, dont la sensibilité est plus faible que celle des micros électrostatiques, sont très majoritairement utilisés pour sonoriser les concerts