Notions d’électroacoustique
Microphones

1 - Notions d’électroacoustique

• 1.1 - Classification des microphones
  Figure 1 - Quadripôle représentant un microphone Figure 2 - Représentation conventionnelle de l’incidence d’une onde acoustique par rapport à l’axe de référence d’un transducteur axisymétrique Tableau 1
• 1.2 - Circuits acoustiques des microphones
  Figure 3 - Schéma de principe d’une membrane chargée par une cavité accordée Figure 4 - Schémas mécanique et électrique équivalents du circuit de la figure Figure 5 - Modèles représentatifs de la porosité de certains matériaux Figure 6 - Schéma de principe d’un circuit acoustique de microphone à membrane tendue Figure 7 - Représentation très schématique du déplacement axial relatif de deux anneaux d’air comprimé dans l’espace interélectrodes par le mouvement de la membrane Figure 8 - Parties réelle R et imaginaire X de l’impédance d’une membrane amortie par l’espace interélectrodes  Tableau 2 Tableau 3
• 1.3 - Bruit dans les microphones
  Figure 9 - Paramètres intervenant dans l’amortissement d’un microphone à membrane tendue 

2 - Microphone électrodynamique à bobine mobile

• 2.1 - Principe de fonctionnement
  Figure 10 - Disposition de la bobine mobile d’un transducteur électrodynamique dans un entrefer à induction magnétique B radiale Figure 11 - Forces agissant sur l’une des spires d’un microphone électrodynamique
• 2.2 - Efficacité et linéarité : limites et compromis
• 2.3 - Optimisation de la courbe de réponse
  Figure 12 - Microphone à cavité accordée : schéma simplifié
• 2.4 - Données technologiques
  Figure 13 - Membrane d’un microphone à bobine mobile Figure 14 - Droites asymptotiques courbes de réponse et fréquences de coupure à – 3 dB d’un microphone à bobine mobile Figure 15 - Schéma équivalent du microphone à bobine mobile à cavité accordée Figure 16 - Circuit de charge d’un microphone à bobine mobile

3 - Microphone électrostatique

• 3.1 - Principe de fonctionnement
  Figure 17 - Principe du microphone électrostatique Figure 18 - Circuit de polarisation d’un microphone capacitif
• 3.2 - Linéarité et efficacité
• 3.3 - Théorie de la membrane tendue
  Figure 19 - Coupe schématique du transducteur capacitif à membrane tendue Figure 20 - Valeur moyenne de déplacement d’une membrane tendue de rayon a en régime forcé
• 3.4 - Performances du microphone électrostatique
  Figure 21 - Schéma de principe d’un des premiers microphones électrostatiques mis au point par Olson en 1920
• 3.5 - Adaptation d’impédance
  Figure 22 - Schéma de principe d’une liaison asymétrique en haute impédance Figure 23 - Schéma de principe de la liaison asymétrique (a ) et de la liaison symétrique (b ) Figure 24 - Circuit de charge Figure 25 - Schéma simplifié d’une alimentation symétrique de type A-B (Documentation Neumann) Figure 26 - Exemple d’étage préamplificateur d’un circuit d’alimentation A-B (Documentation Schoeps) Figure 27 - Schéma de principe simplifié d’une alimentation symétrique de type fantôme (Documentation Neumann) Figure 28 - Étage préamplificateur d’un circuit d’alimentation fantôme (Documentation Schoeps) Tableau 4
• 3.6 - Technologie de fabrication des membranes

4 - Microphone à électret

• 4.1 - Propriétés électrostatiques de certains isolants
  Figure 29 - Principe de l’activation thermique dipolaire d’un électret Figure 30 - Principe de l’activation thermique hétéropolaire d’un électret Figure 31 - Principe de l’activation thermique homopolaire d’un électret Figure 32 - Activation électrique unipolaire d’un électret
• 4.2 - Principe du microphone à électret
  Figure 33 - Distribution surfacique des charges sur un matériau en électret d’épaisseur h Figure 34 - Schéma électrique équivalent de la lame d’électret de la figure Figure 35 - Microphone à électret Figure 36 - Principe du microphone à contre-électrode en électret
• 4.3 - Performances des microphones à électret
  Figure 37 - Coupe schématique du microphone à électret utilisé dans l’exemple numérique du paragraphe

5 - Microphone piézoélectrique

• 5.1 - Principe du couplage piézoélectrique
  Figure 38 - Système de référence utilisé pour définir les axes de coupe, de polarisation, de contrainte et de champ électrique de la lame piézoélectrique étudiée dans le paragraphe 
• 5.2 - Efficacité d’une cellule piézoélectrique
  Figure 39 - Schéma équivalent de la lame piézoélectrique de la figure Figure 40 - Schéma de principe d’un microphone piézoélectrique fonctionnant en flexion Figure 41 - Microphone piézoélectrique expérimental utilisé pour la mise au point du BK 4117 Figure 42 - Schéma équivalent du microphone de la figure Tableau 5

6 - Nouvelles générations de transducteurs

• 6.1 - Transducteurs à polymères piézoélectriques
  Figure 43 - Déformation en flexion d’un dôme en PVDF soumis à une onde plane  Figure 44 - Réponse en fréquence d’un dôme en PVDF fonctionnant en microphone 
• 6.2 - Transducteurs à fibres optiques
  Figure 45 - Variation de la sensibilité et de la première fréquence de résonance d’un microphone à dôme en fonction de son rayon de courbure  Figure 46 - Principe de modulation de phase d’un transducteur à fibre optique Figure 47 - Variation du niveau de pression détecté par un transducteur à modulation de phase en fonction de la longueur de la fibre optique Figure 48 - Principe du microphone à fibre optique modulée par transmission Figure 49 - Disposition des réseaux absorbants à l’interface de deux fibres optiques fonctionnant en modulation par transmission Figure 50 - Modulation par réfraction d’une fibre optique déformée par microcourbures
• 6.3 - Transducteurs au silicium
  Figure 51 - Principe de la modulation par réflexion d’un levier à fibre optique Figure 52 - Principe de la modulation par diffusion d’un capteur à fibre optique Figure 53 - Exemple de transducteur silicium à effet piézoélectrique  Figure 54 - Exemple de transducteur silicium électrostatique 

7 - Microphone à gradient de pression

• 7.1 - Microphones bidirectifs
  Figure 55 - Principe du microphone à gradient de pression Figure 56 - Sens relatif de la force de pression F, de l’induction magnétique B et de la force électromotrice e dans un microphone à ruban Figure 57 - Fonction de directivité en pression d’un microphone à ruban axi et bisymétrique Figure 58 - Microphone à ruban : géométrie et disposition du ruban dans l’entrefer
• 7.2 - Microphones unidirectifs
  Figure 59 - Accroissement de la masse apparente du ruban du microphone par augmentation de la masse d’air entraînée Figure 60 - Ruban de microphone fonctionnant en piston plan (a ) en masse virtuelle (b ) Figure 61 - Tracé d’une conchoïde de cercle (ou limaçon de Pascal) par sommation de deux courbes : —[nbsp ]un cercle d’équation polaire  ; —[nbsp ]une courbe d’équation polaire Figure 62 - Principe du microphone à gradient de pression obtenu par prélèvement d’une onde arrière (ou latérale) sur une capsule à bobine mobile Figure 63 - Exemple de microphone à directivité variable (RCA 77 D ) par contrôle de la pression incidente arrière  Figure 64 - Exemples de circuits acoustiques déphaseurs utilisés pour la réalisation de microphones cardioïdes à bobine mobile Figure 65 - Présentation générale du circuit déphaseur d’un microphone cardioïde
• 7.3 - Directivité des microphones à gradient de pression
  Figure 66 - Schémas électriques équivalents des deux circuits déphaseurs élémentaires définis par la condition : Figure 67 - Courbe de directivité d’un microphone supercardioïde Figure 68 - Sphère d’intégration utilisée pour le calcul du facteur de directivité d’un microphone axisymétrique Figure 69 - Courbes de directivité d’un microphone à gradient du second ordre (RCA BK 10 ) de la forme   Figure 70 - Détermination de la différence de marche subie par une onde arrivant sous un angle d’incidence sur un réseau de six microphones équidistants Figure 71 - Microphone interférentiel Tableau 6

8 - Microphones de mesure et de prise de son

• 8.1 - Microphones de mesure
• 8.2 - Microphones de prise de son
  Figure 72 - Angle d’ouverture d’un couple stéréophonique à cardioïdes coïncidents Tableau 7 Tableau 8 Tableau 9 Tableau 10 Tableau 11