Les Microphones, 1ère partie : Les technologies et les caractéristiques.

Aujourd’hui nous rentrons dans le vif du sujet !
Pour un technicien du son, le microphone est un élément extrêmement important de la chaîne du son. En effet, c’est le premier élément incontournable qu’il nous faut pour enregistrer la musique ou le son en général, et pour pouvoir le rediffuser plus tard. Il est donc d’autant plus important d’avoir un bon micro et bien adapté à l’utilisation qu’on veut en faire. Car si notre micro est mauvais, ou s’il est mal utilisé, il sera très compliqué de rattraper le résultat, même avec la meilleure des consoles de mixage et les meilleurs traitements de son…

Il existe plusieurs types de micro, plusieurs technologies, plusieurs techniques utilisées afin de créer une gamme de produits pouvant répondre aux besoins spécifiques du technicien son. Nous allons les détailler dans cet article.

Avant de commencer, il faut noter qu’un micro est un transducteur. Un transducteur est un appareil qui transforme une forme d’énergie en une autre forme d’énergie. Le microphone, lui, transforme l’énergie acoustique en énergie électrique. Un haut-parleur est aussi un transducteur et fonctionne à l’inverse du microphone.

 

LES DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES

 

  • Les microphones électrodynamiques

Ces micros, aussi appelés plus simplement micros dynamiques, ont une technologie dite passive qui ne nécessite pas d’alimentation extérieure.
Ils sont équipés d’une membrane (ou diaphragme) qui va capter les vibrations acoustiques de l’air, d’une bobine métallique et d’un aimant. La bobine métallique placée dans le champ magnétique de l’aimant, est solidaire de la membrane. La bobine vibre donc de la même manière que la membrane et créé donc des perturbations dans le champ magnétique de l’aimant permanent, qui lui est fixé au corps du micro. Selon la loi de Lenz-Faraday, toute variation d’un flux magnétique induit un courant électrique. Ici, le courant est induit aux bornes de la bobine et peut donc être récupéré.

Fonctionnement d'un micro dynamique

La qualité d’un micro dynamique dépend de paramètres comme le poids de l’équipage mobile (membrane+bobine) qui conditionne le rendu des transitoires d’attaque, la qualité de la membrane elle-même ou son rendement en terme de niveau de sortie.
Les micros dynamiques ont en générale une sensibilité relativement faible et donc un signal de sortie faible aussi. Il faudra donc un bon pré-ampli pour exploiter correctement le signal. Leur conception fait d’eux des micros robustes qui tolèrent les chocs et les hauts niveaux sonores. Ils sont pour cela très prisés en sonorisation de concert.
Il sont également très utilisés en studio d’enregistrement, notamment pour la prise de batterie et pour tout instrument dégageant une forte pression sonore.

Parmi les micros dynamiques les plus utilisés on trouve les Shure SM57 et SM58, l’ Electro-Voice RE20, Le BeyerDynamic M88 ou bien les Sennheiser MD421 et MD441.

Leur prix est relativement abordable (de quelques dizaines d’euros à quelques centaines) comparé à leurs confrères les micros électrostatiques. Par contre, leur courbe de réponse est moins linéaire et leur performance dans les fréquences aigües est généralement moins bonne. Chaque micro a sa propre réponse en fréquence ce qui est bien pratique pour le technicien du son, qui va pouvoir exploiter ces différences selon ce qu’il doit enregistrer. En résumé, le son d’un micro dynamique sera moins « naturel » et « fidèle » qu’un micro électrostatique par rapport au son réel de la source. Mais cette imprécision peut se révéler plus qu’utile lors du mixage !

 

  • Les microphones électrostatiques (ou à condensateur)

Cette technologie exploite le fonctionnement d’un condensateur. Le condensateur est un composant électronique composé de deux plaques polarisées (électrodes) se faisant face, séparées par un isolant (ici, l’air). La variation de distance entre les plaques polarisées va modifier ce qu’on appelle la capacité du condensateur. Cette variation est facilement traduisible en courant électrique.
Pour un micro à condensateur, la membrane va jouer le rôle d’une des deux électrodes, tandis que l’autre électrode sera fixe. On comprend facilement que la variation de la pression sonore à la surface de la membrane va la déplacer et va donc modifier la distance entre la membrane et l’électrode fixe. Un petit système électronique est ensuite chargé de transformer les variations de capacité en courant électrique.
Ce système électronique requiert une alimentation, souvent appelée « alimentation fantôme » (car elle transite par les mêmes conducteurs que le signal audio) et d’une valeur de 48V en tension continue. Cette alimentation sert aussi à la polarisation de la membrane.

Fonctionnement d'un micro électrostatique

Cette technologie offre des résultats plus fidèles à la réalité qu’un micro dynamique. Cela est dû en partie au fait que la partie mobile est beaucoup plus légère (il n’y a plus de bobine, seule la membrane est mobile), ce qui améliore grandement le rendu des transitoires et des fréquences aigües.
Les micros statiques offrent donc des bandes passante plus étendues et sont à peu près linéaires sur la bande de fréquences audibles (20Hz-20000Hz). Leur domaine d’application est donc plus large que pour les dynamiques. Ils ont aussi une sensibilité et un rendement bien supérieurs. On peut les utiliser autant en prise de proximité qu’en ambiance.
Par contre, leur technologie les rend beaucoup plus couteux (de quelques centaines d’euros à quelques milliers) et surtout beaucoup plus sensibles au chocs, au vent et aux fortes pressions sonores qui peut les endommager. Il est donc difficile de les utiliser en extérieur ou en sonorisation de concert.

Des dizaines de marques ont fait leurs preuves dans la production de micros électrostatiques, parmi lesquelles : Neumann, AKG, Schoeps, DPA, Blue, Coles, Audio-Technica.

 

  • Les microphones à Electret

Leur principe est le même que celui du micro à condensateur à la différence près que la membrane est fabriquée avec une polarisation permanente. Elle n’est donc plus polarisée par l’alimentation extérieure. Cela résulte en un cout de fabrication moindre et peut être une alternative entre un micro dynamique (réponse en fréquence moins étendue) et un micro statique (prix plus élevé). Le problème est que la polarisation de la membrane n’est pas réellement permanente et s’efface avec le temps. Même si la plupart des membranes gardent leur polarisation jusqu’à plusieurs années, il arrivera fatalement un moment où il faudra la changer. Cela n’empêche pas que le micro ait besoin d’une source d’alimentation pour ses composants électroniques. Cette alimentation peut être de 48V mais peut aussi être fournie par une pile (de 1,5V à 9V)
Ce type de micro est rarement utilisé dans le domaine professionnel, mais plus pour le grand public. A noter tout de même le très bon AKG C535, un micro à électret souvent utilisé pour la voix sur scène, sur les cymbales charleston ou même en exploitation radiophonique.

  • Les micros à ruban

Les micros à ruban font partie du groupe des micros dynamiques. Un ruban est placé dans le champ magnétique d’un aimant. Ce fin ruban métallique joue à la foi le rôle de membrane et de bobine. Sa vibration induit directement un courant électrique à ses bornes.

Fonctionnement d'un micro à ruban

Ce type de micro offre des aigües très doux mais souffre par contre d’un très faible niveau de sortie. Il est aussi extrêmement sensible aux chocs, au vent et aux surpressions acoustiques. Ce qui fait qu’il est de moins en moins utilisé. Il donne cependant de très bons résultats sur certains instruments comme les cordes.
La marque haut de gamme Royer en a fait sa spécialité, notamment avec les micros R-121 et R-122.

 

  • Les micros à zone de pression

A l’extrême proximité d’une surface réfléchissante, un phénomène physique fait qu’on a une surpression acoustique offrant un gain de 6dB par rapport à un micro placé dans l’air. On constate surtout un renforcement des fréquences basses ce qui rend cette technologie intéressante pour la prise de son d’instruments graves (piano, grosse caisse).
Ces micros sont donc composés d’une plaque plus ou moins grande (plus elle est grande, plus la réponse en fréquence du micro sera étendue et linéaire dans les fréquences graves) et d’un capteur, généralement électrostatique ou à électret.
De part sa discrétion il est souvent utilisé au cinéma, en télé ou au théâtre.
Les plus utilisés sont le PZM Crown ou le Shure Beta91.

 

 

LES CARACTÉRISTIQUES D’UN MICRO

 

  • Sa technologie de fabrication :
    C’est ce que nous avons vu ci-dessus.
  • Sa directivité :
    Omnidirectionnel, Cardioïde, Bidirectionnel,… Je consacrerai toute la deuxième partie de cet article aux différentes directivités et à la manière de les créer, car c’est un sujet qui mérite qu’on s’y attarde.
  • Sa courbe de réponse en fréquence :
    Il s’agit du niveau électrique théorique en dB en fonction de la fréquence. Cette courbe donne donc une idée du domaine d’application du micro en question.
    Exemples :

    Courbe de réponse BeyerDynamic M88

    On a ici trois courbes en une. Chaque courbe correspond à un distance spécifique du micro à la source (2cm, 10cm, 1m). Ces courbes sont très accidentées. C’est souvent le cas pour les micros dynamiques comme le BeyerDynamic M88.

    Courbe de réponse Neumann TLM 103

    Pour ce micro électrostatique on constate une beaucoup plus grande linéarité, surtout entre 60Hz et 4kHz. On a une « bosse de présence » dans les aigües, souvent caractéristiques des micros statiques. Cette bosse est difficilement évitable par les constructeurs mais ne présente pas d’inconvénient particulier. Au contraire cela permet de gagner en clarté sur la majorité des sources.

    Courbe de réponse DPA 4011

    Ce schéma un peu plus complexe présente les courbes de réponse du micro DPA 4011 selon l’angle d’incidence du son. En effet nous verrons dans la 2ème partie de l’article que les micros sont plus ou moins sensibles au son selon la position de la source par rapport à l’axe de la membrane.
    Ici, on remarque que quand la source est dans l’axe du microphone (0°), on a une courbe complètement linéaire entre 40Hz et 10kHz. On a ensuite une petite bosse entre 10kHz et 15kHz mais plus légère que pour le micro précédent.
    On a ici un micro très haut de gamme. Ces micros très linéaires sont souvent utilisés pour la musique classique ou les prises de son d’ambiance.

  • Sa sensibilité :
    C’est le niveau de sortie pour une pression donnée mesuré en mV/Pa. Il varie énormément selon la technologie et les caractéristiques du micro. Pour un micro dynamique la sensibilité peut aller de 1mV/Pa à 5mV/Pa, ce qui est relativement faible. Les micros statiques ont eux une sensibilité plus élevée, de l’ordre de 10mv/Pa à plus de 50mV/Pa (soit environ 10 fois plus élevé qu’un dynamique). Les micros à électret ont une sensibilité du même ordre que les statiques, tandis que les micros à ruban ont une sensibilité très faible qui dépasse rarement les 1mV/Pa.
    Les caractéristiques de la source à enregistrer déterminera le choix du micro. En effet, si on doit enregistrer une source sonore très faible, il faudra impérativement utiliser un micro ayant une sensibilité élevée, pour obtenir un meilleur rapport signal/bruit. En effet on aura moins besoin de pousser son pré-ampli et donc on ramènera moins de souffle.
  • Sa pression acoustique maximale admissible :
    Mesurée en dB SPL, c’est le niveau max avant saturation de la membrane, voire de sa dégradation. Elle dépend aussi du type de micro. Exemples :

    • Le micro électrostatique à large membrane Neumann U87 a une pression max de 117 dBSPL
    • Le micro électrostatique à petite membrane Scheops MK4 a une pression max de 132 dBSPL
    • Le micro à électret AKG C535 a une pression max de 130dBSPL.
  • La taille de sa membrane :
    Une grande membrane est plus sensible qu’une petite membrane. Il en découle qu’elle accepte des pressions maximales moins élevées.
    Les avis divergent quant à la réponse dans les graves. Certains affirment que les larges membranes descendent plus bas dans le grave et sont mieux définis. D’autres affirment que ce n’est qu’une impression produite par le fait que les larges membranes ont une moins bonne précision dans les aigües, mettant ainsi en avant les graves. Ce qu’il faut en retenir c’est que le choix de telle ou telle taille de membrane dépendra de la source à enregistrer et ne suit pas de règle particulière. Il faudra tester plusieurs possibilités et choisir celle qu’on préfèrera. (Par exemple, je sais que personnellement je préfère utiliser des petites membranes sur les guitares, ce qui leur donne un son plus clair et agréable à mon goût.)
    Les micros à petite membrane ayant eux même une taille plus réduite, ils perturbent d’autant moins le champ sonore.
  • Le niveau de bruit :
    Chaque micro a un niveau de bruit propre, indépendant du niveau de pression sonore qu’il reçoit. Ce bruit est généralement très faible et ne posera pas de problème lors d’une utilisation normale. En revanche, si on doit enregistrer des sources très faibles, il faudra faire plus attention au choix de son micro.
    Les micros statiques sont en général un peu plus bruyants que les dynamiques. Cela est dû à l’électronique qu’ils contiennent.
  • Filtrage, anti-pop et atténuateur :
    Certains micros sont équipés d’un filtre coupe-bas qui atténue les basses fréquences (en dessous de 100-150Hz). Ceci permet de réduire les bruits de manipulation ainsi que les bruits provoqués par les plosives de la voix (b et p) qui occasionnent un grand déplacement d’air qui peut saturer la membrane dans le grave. Pour réduire encore plus ces plosives on peut aussi intégrer au micro un dispositif anti-pop, souvent en mousse, qui assurera le rôle de « coupe-vent ». Cela ne s’applique qu’aux micros pour voix sur scène. En studio, l’anti-pop sera externe au micro. L’inconvénient est que ce dispositif peut atténuer légèrement les fréquences aigües.
    Les micros statiques sont également souvent équipés d’un atténuateur de niveau pouvant aller de 6dB à 20dB, ce qui peut servir lors de l’enregistrement de sources ayant un fort niveau de pression acoustique.

 

Voilà pour aujourd’hui ! Bientôt la deuxième partie où je développerai les différentes directivités de micro existantes.
N’hésitez pas si vous avez des questions ou si vous relevez des erreurs !

Notions fondamentales – 2ème partie : Bande passante, Phase, Enveloppe, Dynamique, Courbe de réponse.

Bonjour à tous !

Dans cet article nous allons voir quelques notions indispensables avant d’aller plus loin dans les techniques d’enregistrement.

La Bande Passante

La bande passante est la bande de fréquences comprise entre deux fréquences extrêmes. Par exemple, l’oreille a une bande passante comprise entre 20Hz et 20000Hz (Plus on vieilli, plus la bande passante se réduit, surtout dans les aigus).
On parle de bande passante également pour tous les appareils audios, qui se doivent d’en avoir une au moins aussi large que celle de l’oreille humaine. Il n’est pas inutile pour un appareil d’avoir une bande passante beaucoup plus large que 20-20000Hz car cela améliorera le rendu des transitoires. On appelle transitoire d’attaque la durée d’établissement de la vibration, et elle est très importante dans notre perception et dans la restitution des sons. Nous verrons ça dans un futur article sur la numérisation des sons.

La Phase

La phase (en degrés) est relative aux signaux périodiques. Elle indique le décalage temporel de l’onde sonore par rapport à l’origine.
Ex : pour les fonctions sinusoïdales basiques sinus et cosinus :

La fonction sinus a une phase a l’origine de .

 

 

 

La fonction cosinus a une phase à l’origine de 90°.

 

 

 

 

Un cycle entier faisant 360°

La phase est un concept très important car elle peut apporter beaucoup de problèmes lors du traitement du signal sonore. Lorsque qu’on mélange deux signaux provenant de la même source mais qui ne sont pas parfaitement en phase, cela occasionne des annulations, ou du moins des pertes de niveau sur certaines fréquences (surtout dans les graves et bas-médiums).
De manière générale on aura un filtrage en peigne qui rendra le son moins riche et ample.

Ce problème peut se présenter par exemple lors de la prise de son d’une source avec deux micros, placés à des distances différentes.
Voici un exemple concret sur une caisse claire.

Micros en phase :     

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Micros hors phase :     

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On entend bien que lorsque les micros sont hors phase, le son est moins précis et sonne plus « carton ». Il est donc indispensable de faire attention à la phase au moment de la prise de son et au mixage.

L’Enveloppe du son

Lorsqu’on parle d' »enveloppe » d’un son, on s’intéresse en fait à l’évolution de son niveau (ou amplitude) dans le temps. On peut découper cette enveloppe en 4 parties :

  • L’attaque : Ce sont les premières millisecondes, la montée en niveau.
  • Le decay : C’est la rechute du niveau après l’attaque.
  • Le sustain : C’est le maintien du son.
  • Le release : C’est l’extinction finale du son.

 

Lorsqu’on utilisera un compresseur il sera important de comprendre sur quelle partie du signal on voudra travailler. (Voudra-t-on réduire l’attaque, ou au contraire laisser l’attaque telle quelle et compresser la fin du son ?)
C’est donc une notion importante à garder en tête.

La dynamique

La dynamique (mesurée en dB) d’un signal est l’écart entre son niveau le plus faible et son niveau le plus fort.
Lors du mixage, on peut traiter cette dynamique avec des outils comme le compresseur (qui réduit la dynamique) ou l’expandeur (qui augmente la dynamique).

La courbe de réponse

C’est un graphique qui donne le niveau sonore en fonction de la fréquence.
La courbe de réponse d’un appareil audio est sensée être linéaire sur toute la bande passante de l’oreille. Cette règle n’est cependant quasiment jamais respectée en ce qui concerne les microphones et les haut-parleurs. Ils ont des courbes de réponse plus ou moins accidentées. Cela fait partie de leurs caractéristiques et on en tire d’ailleurs parti car naturellement certains micros vont être plus efficaces que d’autres sur certaines sources. Cela permet d’avoir des couleurs différentes à la prise de son, et également à la restitution.

Ex : Courbe de réponse du micro SM57

On remarque une bosse de présence entre 3000 Hz et 10000 Hz, ce qui explique ses excellents résultats sur une caisse claire par exemple, lui donnant plus d’attaque et de clarté. La courbe est à peu près linéaire entre 200 Hz et 2000 Hz. En dessous de 200 Hz, le niveau chute progressivement.

Pour les enceintes, on compense le manque de linéarité des haut-parleurs en en utilisant plusieurs de caractéristiques différentes pour chaque enceinte et en les corrigeant électroniquement.

Bientôt la suite : nous nous pencherons sur les liaisons analogiques et numérique, sur les différents niveaux et la manière de les mesurer ainsi qu’à la notion d’impédance.

Ciao !