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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Microphones modernes et leurs applications. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / l'audio Un microphone est un attribut indispensable des systèmes de sonorisation, des équipements de prise de son amateurs et professionnels, des studios de radiodiffusion et de télévision. Avec le développement des systèmes multimédias, il est aujourd’hui devenu un composant externe standard pour de nombreux ordinateurs. Cet article traite de la conception des microphones, de leurs caractéristiques les plus importantes et de la manière de choisir le microphone optimal pour des conditions d'application spécifiques. Dans cet article, nous essaierons de décrire l'approche générale du choix d'un microphone en fonction de sa structure interne et de son objectif, ainsi que de répondre à certaines questions qui peuvent se poser aux passionnés d'enregistrement audio et à toute personne n'ayant pas de connaissances particulières dans ce domaine. Pour ce faire, décrivant leurs différentes conceptions et types, nous donnerons des exemples de modèles nationaux et étrangers. Qu'est-ce qu'un micro ? Un microphone est un appareil électro-acoustique qui convertit les vibrations sonores acoustiques de l'air en signaux électriques. Il s’agit du premier maillon de tout chemin d’enregistrement sonore, d’amplification sonore ou de communication vocale. Ses caractéristiques et conditions de fonctionnement déterminent en grande partie la qualité du signal tout au long du trajet. De nombreux types de distorsions des signaux audio (non linéaires, transitoires, caractéristiques de transmission des conditions acoustiques et de perspective) et diverses interférences (vent, vibration, acoustique) ne peuvent souvent pas être éliminés par un traitement ultérieur du signal sans détérioration significative des composants utiles. Dans un microphone, lorsque les vibrations sonores sont converties en signaux électriques, divers processus physiques interdépendants se produisent. Conformément à cela, le microphone peut être considéré comme une série d’unités fonctionnelles. Le premier maillon est acoustique, récepteur d’ondes sonores. La pression sonore (vibratoire) créée par la source sonore agit sur la ou les entrées acoustiques. À la suite de l'interaction entre le récepteur et le champ sonore, une force mécanique se forme, en fonction de la fréquence du signal sonore, de la taille et de la forme du corps du microphone et de ses entrées acoustiques, de la distance entre eux, de l'angle de l'incidence de l'onde sonore par rapport à l'axe acoustique du microphone, et la nature du champ sonore. Le type de récepteur détermine un paramètre aussi important que la caractéristique de directivité (DC). Le deuxième lien est acoustique-mécanique, il sert à faire correspondre, dans une gamme de fréquences donnée, la force générée par le récepteur avec l'amplitude de la vitesse d'oscillation (pour les microphones dynamiques) ou du déplacement (pour les microphones à condensateur) de l'élément mobile du transducteur de microphone électromécanique. Les propriétés de ce lien sont déterminées par la position relative, la taille et la dépendance en fréquence des éléments acoustiques et mécaniques qui le composent, qui représentent structurellement divers espaces, fentes, trous, volumes, éléments poreux situés à l'intérieur de la capsule du microphone. Ce lien détermine la réponse en sensibilité en fréquence (FSR) du microphone et contribue de manière significative à la formation de CN dans une large gamme de fréquences. Le troisième maillon, électromécanique, est un transducteur électromécanique qui fonctionne dans un microphone en mode générateur et convertit la vibration mécanique d'un élément mobile (sa vitesse ou son déplacement) en force électromotrice (FEM). L'efficacité du convertisseur est caractérisée par le coefficient de couplage électromécanique. Le transducteur détermine la sensibilité du microphone. Le quatrième maillon est électrique. Il remplit la fonction de faire correspondre le transducteur avec le dispositif d'amplification ultérieur (par exemple, dans les microphones à condensateur, il fait correspondre la capacité élevée de la capsule avec l'entrée à impédance relativement faible du dispositif d'amplification ultérieur). Sur certains modèles de microphones, la liaison électrique corrige également la réponse en fréquence des microphones. Les types de récepteurs et de transducteurs sont les éléments déterminants des microphones. Les liaisons acoustiques-mécaniques et électriques sont des unités d'adaptation dont la tâche principale est d'assurer des pertes minimales du signal utile et d'obtenir la réponse en fréquence requise du signal de sortie. Les microphones sont généralement classés selon trois critères principaux : le type de récepteur, le type de transducteur et l'objectif (conditions de fonctionnement). Comment sont classés les microphones ? Le type de récepteur détermine l'une des principales caractéristiques du microphone : la caractéristique directionnelle. La caractéristique de directivité est la dépendance de la sensibilité du microphone à une fréquence donnée sur l'angle d'incidence de l'onde sonore. En fonction du type de récepteur, les microphones sont répartis dans les groupes suivants. Récepteurs de pression (non directionnels, « ordre zéro », « circulaire »). Dans ceux-ci, le son n'affecte l'élément mobile (membrane, diaphragme) que d'un seul côté. En conséquence, aux basses et moyennes fréquences, où les dimensions du microphone sont petites par rapport à la longueur d'onde du son, la sensibilité du microphone ne change pratiquement pas sous différents angles d'incidence sonore. Récepteurs de gradient ou de différence de pression (directionnels). Ils sont de deux types : Les différences dans la forme du CV des récepteurs unidirectionnels sont déterminées à la fois par le degré d'asymétrie des entrées et par l'ampleur des paramètres acoustiques-mécaniques de la structure interne de la liaison acoustique-mécanique. Les caractéristiques de directivité (schémas) de ces types de récepteurs sont présentées graphiquement sur la Fig. 1.
Caractéristiques de sensibilité du microphone : 1 - omnidirectionnel (non directionnel), 2 - bidirectionnel, 3-5 - cardioïde En figue. La figure 2 montre schématiquement le principe de construction de microphones omnidirectionnels (a), bidirectionnels (b) et unidirectionnels (c).
Les microphones combinés, ou microphones à CV variable, sont parfois classés dans un groupe spécial. Dans ces microphones, vous pouvez obtenir presque tous les CN de la famille (voir Fig. 1) en combinant les signaux électriques de deux récepteurs - omnidirectionnel (courbe 1) et bidirectionnel (courbe 2), ou de deux capsules de microphones cardioïdes tournées à 180 o ( combiné électriquement), ainsi qu'en modifiant la tension de polarisation sur les moitiés de l'électrode fixe ou des membranes dans les microphones à condensateur à double membrane. Un groupe spécial est représenté par les microphones hautement directionnels, utilisés dans les cas où il n'est pas possible de se rapprocher de la source du signal utile. Le CN aigu y est réalisé de plusieurs manières différentes. Les « bigradients » ou « bicardioïdes » (gradients du second ordre) sont des microphones constitués de deux capsules identiques, spatialement espacées et situées coaxialement avec un CN en forme de huit ou « cardioïde » connecté en antiphase. La gamme de fréquences de ces récepteurs est extrêmement limitée. Les plus courants parmi les microphones hautement directionnels sont les microphones à « ondes progressives » (interférences), constitués d'un tube avec des trous ou des fentes, à l'extrémité arrière duquel se trouve une capsule de microphone omnidirectionnelle ou unidirectionnelle (Fig. 3).
Les trous (fentes) du tube sont recouverts de tissu ou de matériau poreux dont la résistance acoustique augmente à mesure qu'on s'approche de la capsule. L'exacerbation du CN est obtenue en raison de l'interférence des ondes sonores partielles traversant les trous du tube. Lorsque le front sonore se déplace parallèlement à l’axe du tube, toutes les ondes partielles arrivent simultanément sur l’élément mobile, en phase. Lorsque le son se propage selon un angle par rapport à l'axe, ces ondes atteignent la capsule avec un retard différent, déterminé par la distance entre le trou correspondant et la capsule, et une compensation partielle ou complète de la pression agissant sur l'élément mobile se produit. Une aggravation notable du CN dans de tels microphones commence à une fréquence où la longueur du tube est supérieure à la moitié de la longueur de l'onde sonore ; Avec une fréquence croissante, la situation du CN se détériore encore plus. Par conséquent, même avec une longueur importante de ces microphones, qui peut atteindre un mètre ou même plus, le CN aux fréquences inférieures à 150...200 Hz est déterminé uniquement par la capsule et est généralement proche du cardioïde ou du supercardioïde. Le troisième type de microphone hautement directionnel, très courant, est le réflexe. Dans ces microphones, une capsule à CN omnidirectionnelle ou unidirectionnelle est placée au foyer d'un réflecteur parabolique (Fig. 4).
Dans ce cas, du fait des propriétés de la parabole, les ondes sonores, après réflexion, se concentrent au foyer de la parabole, à l'emplacement de l'élément mobile de la capsule, et l'atteignent en phase. Les ondes sonores arrivant sous un angle par rapport à l'axe de la parabole sont diffusées par le réflecteur sans atteindre le microphone. Dans un système à réflecteur, CN dépend encore plus de la fréquence que dans un système à interférences et varie de pratiquement non directionnel aux basses fréquences (avec un diamètre de réflecteur inférieur à la longueur d'onde du son) à un lobe étroit aux hautes fréquences. La réponse en fréquence de ces microphones augmente vers les hautes fréquences avec une pente d'environ 6 dB par octave, qui est généralement compensée soit électriquement, soit par une conception de capsule spéciale. En quels groupes les microphones sont-ils divisés en fonction du type de transducteur ? En fonction du type de transducteur électromécanique, les microphones sont divisés en carbone, électromagnétiques, piézoélectriques, électrodynamiques (dynamiques) et à condensateur (électrostatique). Dans les microphones professionnels (à l'exception des microphones pour communications et voix off dans les transports), les deux derniers types de convertisseurs sont généralement utilisés. Par conséquent, examinons-les plus en détail. Les microphones dynamiques, quant à eux, sont divisés en bobine et en ruban. Leur structure la plus simple est schématisée sur la Fig. 5 (a et b, respectivement). Dans la première option, une bobine cylindrique sans cadre (généralement à deux et, moins souvent, à quatre couches) est placée dans un espace annulaire d'un circuit magnétique, dans lequel un champ magnétique uniforme dans une direction radiale est créé. La bobine est collée sur un diaphragme en forme de dôme doté d'un collier ondulé qui fait office de suspension. Lorsque le diaphragme (constitué d'un matériau polymère) oscille sous l'influence de la pression acoustique, le fil de la bobine traverse le champ magnétique de l'entrefer (dont la largeur est généralement de 0,4 à 0,6 mm) et une force électromotrice est induite dans la bobine. . Les aimants permanents des microphones sont constitués de matériaux spéciaux à induction résiduelle et force coercitive élevées. La valeur de la résistance active d'une telle bobine dans différents modèles varie généralement de 20 à 600 Ohms.
a) microphone dynamique b) microphone à ruban 1 - diaphragme en forme de dôme avec collier ondulé, 2 - bobine cylindrique, 3 - aimant, 4 - circuit magnétique, 5 - ruban ondulé, 6 - entrefer magnétique En règle générale, les microphones dotés de ce type de transducteur sont omnidirectionnels ou à directivité unidirectionnelle. Dans ce dernier cas, des trous sont ouverts dans le corps du système magnétique, scellés avec de la soie ou un autre matériau poreux qui met en œuvre une résistance acoustique active au niveau de la deuxième entrée. Pour étendre la gamme vers les basses fréquences, ces microphones utilisent généralement des volumes fermés supplémentaires connectés en interne à un aimant à travers des tubes et des trous de différentes sections. Un exemple de tels microphones domestiques est le microphone omnidirectionnel MD-83, ainsi que les microphones MD-97 et MD-91 à directivité unidirectionnelle - pour les systèmes d'amplification du son vocal, actuellement produits par Mikrofon-M LLC (Saint-Pétersbourg) . Pour compenser les interférences électromagnétiques (fond CA), les microphones à bobine comprennent généralement une bobine antiphonique en série avec la bobine mobile, qui est généralement enroulée sur un système magnétique. Les bobines sont activées de telle manière que les tensions de fond induites sur elles, excitées dans les deux bobines, se compensent mutuellement. Dans le convertisseur à ruban (Fig. 5, b), un ruban métallique ondulé (pour assurer une plus grande flexibilité) (généralement de l'aluminium) de plusieurs microns d'épaisseur est utilisé comme élément mobile, placé dans un champ magnétique entre les pointes polaires d'un aimant permanent, dont l'écart est généralement d'environ 1,5...2 mm. Le ruban sert à la fois de conducteur de courant et de système de transducteur mobile. Avec ce type de transducteur, un microphone avec un CN en forme de huit (en raison de la symétrie complète du transducteur), non directionnel (avec un labyrinthe acoustique recouvrant un côté du ruban), et moins souvent - unidirectionnel est généralement mis en œuvre. Le ruban, contrairement à la bobine, a une résistance électrique extrêmement faible de l'ordre de 0,1...0,3 Ohm, et la tension du signal à sa sortie n'est que de 20...30 µV à une pression de 1 Pa, comparable à l'amplitude de la tension parasite électrostatique dans les câbles de microphone. Par conséquent, la tension développée par le ruban est d'abord augmentée à l'aide d'un transformateur élévateur placé dans le boîtier du microphone dans un écran en permalloy. Les ingénieurs du son notent le naturel, la douceur et la transparence de la transmission du timbre de nombreux instruments de musique, notamment les cordes et les cymbales, spécialement conçues pour les microphones à ruban. Ceci s'explique par la légèreté de l'élément mobile - le ruban, et, par conséquent, par de faibles distorsions transitoires. Il est également théoriquement possible d'utiliser un transducteur orthodynamique dans des microphones dynamiques, mais jusqu'à présent, il n'a pas trouvé d'application dans les modèles de microphones produits commercialement. Il ne sert donc à rien de s’attarder ici sur sa conception. Les microphones à condensateur (électrostatiques) (CM) ont deux électrodes - mobiles et fixes, formant les plaques du condensateur (Fig. 6). L'électrode mobile est une membrane constituée d'une feuille métallique ou d'un film polymère métallisé de plusieurs microns d'épaisseur. Sous l'influence de la pression acoustique, elle oscille par rapport à une électrode fixe, ce qui entraîne une modification de la capacité de la capsule (condensateur) par rapport à l'état de repos. En CM, l'ampleur du changement de capacité, et donc le signal électrique de sortie, doit correspondre à la pression acoustique. Le degré auquel la tension de sortie correspond à la pression acoustique en amplitude et en fréquence détermine la réponse en fréquence et la plage dynamique d'un microphone particulier. Une partie intégrante de tout CM est une unité qui fait correspondre l'impédance électrique du convertisseur avec le dispositif d'amplification ultérieur. Cette liaison électrique du CM peut être de type haute fréquence et basse fréquence. Avec le type de conversion haute fréquence, la capsule CM est connectée au circuit générateur haute fréquence (de l'ordre de plusieurs MHz). Dans ce cas, une modulation de fréquence du signal RF est obtenue et ce n'est qu'après démodulation qu'un signal audiofréquence est formé. Cette inclusion de la capsule ne nécessite pas de tension de polarisation, elle se caractérise par un faible niveau de bruit propre au microphone. Cependant, le circuit haute fréquence du microphone n'a pas été largement utilisé, principalement en raison de la difficulté de stabilisation de fréquence, et on le trouve rarement dans les modèles industriels de microphones à gamme audio. Dans la présentation plus approfondie des principes de fonctionnement et des types de CM, nous entendrons CM avec une liaison basse fréquence, qui comprend la plupart des modèles CM modernes. Dans ceux-ci, la conversion de la pression acoustique en un signal électrique se produit avec une polarisation externe ou interne (électret). Le CM dans un système à polarisation externe (Fig. 6) forme à partir d'électrodes un condensateur plat d'une capacité de 10...100 pF avec un entrefer de 20...40 μm, qui, grâce à une résistance de l'ordre de 0,5...2 GOhm, est chargé à partir d'une source de tension externe UП. Lorsque la membrane oscille sous l'influence de la pression acoustique ou d'une différence de pression, la charge sur les plaques reste inchangée en raison de la grande constante de temps du circuit RC. L'ampleur de la composante de tension alternative résultant des vibrations de la membrane et le changement de capacité correspondant est proportionnel au déplacement de la membrane.
a) microphone omnidirectionnel : b) microphone bidirectionnel 1 - film métallisé, 2 - coussinet isolant calibré, 3 - électrode fixe Il y a une vingtaine d'années, tant à l'étranger que dans notre pays, a commencé la production industrielle de microphones à condensateur à électret, qui ne nécessitent pas de source externe de tension de polarisation ; ils utilisent un film électret polymère, métallisé à l'extérieur, comme membrane. Ce film est polarisé par l'un des procédés connus et a la propriété de maintenir longtemps une charge superficielle constante. Ainsi, au lieu d'une source externe, une source interne est utilisée. Sinon, le fonctionnement d'un tel convertisseur n'est fondamentalement pas différent de celui d'un CM classique. Un certain nombre de microphones à condensateur unidirectionnels et omnidirectionnels ont été développés au NIIRPA au début des années 80, mais la plupart d'entre eux ne sont actuellement plus produits pour diverses raisons. Récemment, lors du développement de nouveaux modèles de microphones, le matériau électret est appliqué d'une manière ou d'une autre à une électrode fixe, ce qui permet d'utiliser des films métalliques et polymères plus fins comme membranes, qui ont des paramètres mécaniques nettement plus élevés que le film électret. Ceci permet, à sensibilité égale de la capsule, de disposer d'une gamme nominale plus large de fréquences de réception directionnelles, élargie à la fois vers les basses (en raison d'une diminution de l'épaisseur, et donc de la rigidité en flexion de la membrane) et vers les hautes (en raison d'une diminution de la masse de la membrane) fréquences sonores. A titre d'exemple de tels microphones professionnels, on peut citer le microphone électret cardioïde monomembrane MKE-13M (Microfon-M), produit par les entreprises de Saint-Pétersbourg, et le lavalier omnidirectionnel MKE-400 (Nevaton), qui ne sont pas inférieurs en leurs caractéristiques correspondent aux meilleurs modèles d'entreprises étrangères (notamment CM avec une source de tension externe) et sont plus populaires dans les studios d'Europe occidentale qu'en Russie.
a) microphone à membrane unique : b) microphone à double membrane 1 - membrane 2 - électrode fixe 3 - entrefer 4-5 - trous pour canaux acoustiques 6 - anneau isolant 7 - joints calibrés Une conception simplifiée des capsules KM est présentée sur la Fig. 7. D'après les figures, il est clair qu'un microphone à condensateur à diaphragme unique (petit diaphragme), avec le choix approprié des paramètres de conception, peut être unidirectionnel (Fig. 7,a), non directionnel (dans ce cas, l'emplacement 7 doit être fermé), ainsi que bidirectionnel ( Fig. 7, b). Dans un microphone à double membrane (DCM ou grand double diaphragme), les deux membranes peuvent être électriquement actives (Fig. 7b). Sans entrer dans les détails de la physique des processus se produisant dans le DCM, que l'on peut trouver dans la littérature spécialisée, nous pouvons dire que chaque moitié de la capsule DCM est, en termes acoustiques et mécaniques, un microphone séparé avec une caractéristique de directivité cardioïde. , dont la deuxième entrée acoustique ne se fait pas à travers une fente, comme dans un microphone à membrane unique, mais à travers la deuxième membrane (opposée), et la sensibilité maximale de ces microphones est tournée de 180°. Un tel microphone est également appelé microphone combiné acoustique. En plus de l'acoustique, DCM met également en œuvre la combinaison électrique. Ainsi, en appliquant une tension de polarisation à l'une des membranes (active) et en court-circuitant la seconde (passive) à une électrode fixe, il est possible d'obtenir, avec le bon choix des paramètres de conception, un microphone avec un CV unilatéral proche d'une cardioïde. Lorsqu'une tension de polarisation d'amplitude et de signe égaux est appliquée à la deuxième membrane, on obtient un microphone omnidirectionnel. En appliquant une tension de polarisation d’amplitude égale et de signe opposé à la deuxième membrane, on obtient une directivité bidirectionnelle (« chiffre de huit »). Dans les cas intermédiaires, si nécessaire, vous pouvez obtenir n'importe quel CN (voir Fig. 1). Des exemples de tels microphones avec CN commutable incluent le C414B-ULS (AKG), l'U87i et l'U89i (Neumann), ainsi que le MK51 domestique (Nevaton). Quelles sont les principales caractéristiques et paramètres des microphones qui servent de critères à leur sélection et pourquoi ? Lors du choix des microphones pour certaines conditions de fonctionnement, il est nécessaire de prendre en compte l'ensemble des exigences techniques et opérationnelles, en fonction des spécificités de leur utilisation. À cet égard, il est nécessaire de bien comprendre ce que déterminent les caractéristiques techniques des microphones. Les principales caractéristiques techniques à prendre en compte lors du choix des microphones sont les suivantes : 1. La plage de fréquence nominale, qui, associée à l'irrégularité de la réponse en fréquence de sensibilité, mesurée en dB, sert de critère pour la transmission correcte du spectre du signal utile. 2. La sensibilité en champ libre, qui est généralement normalisée à une fréquence de 1000 2 Hz et mesurée en mV/Pa, ainsi qu'un paramètre associé à cette valeur - le niveau de pression acoustique équivalent (pour CM), dû au bruit propre du microphone et normalisé en dB par rapport au niveau zéro : ro= 10x5-XNUMX Pa. Étant donné que tout système de conversion et d’amplification de signal contient toujours son propre bruit et que le microphone est le lien initial d’un tel système, l’ampleur du signal utile qu’il crée détermine le rapport « signal/bruit intrinsèque » de l’ensemble du système. Par conséquent, réduire la sensibilité du microphone n’est pas souhaitable. Il convient également de garder à l'esprit que la volonté d'augmenter la largeur de la gamme de fréquences reproduite par le microphone entraîne une diminution de la valeur absolue de sa sensibilité. En revanche, plus la gamme de fréquences du microphone est large, plus il est difficile d'obtenir un CN stable dans ses limites. 3. La caractéristique de directivité détermine la sélectivité spatiale, c'est-à-dire la largeur de l'angle solide dans lequel le signal acoustique utile ne présente pas d'irrégularité d'amplitude significative. CN, à distance fixe de la source du signal utile, détermine le rapport « signal utile/bruit acoustique » à une distance relativement proche de la source du signal utile, c'est-à-dire dans le rayon d'écho. Le concept de coefficient de directivité est étroitement lié au CN, qui détermine les propriétés directionnelles du microphone dans le champ lointain (par rapport à la source). Sa sensibilité à une source sonore utile située le long de l'axe du microphone est plusieurs fois supérieure à celle des sources parasites réparties autour du microphone (au champ diffus), soit, en d'autres termes, avec le même rapport signal sur bruit au niveau du microphone. entrée microphone, un microphone directionnel peut être situé plusieurs fois plus loin de la source utile qu'un microphone omnidirectionnel. Avec une certaine approximation, nous pouvons supposer qu'un microphone omnidirectionnel de petites dimensions transversales (par rapport à la longueur d'onde du son) perçoit le signal utile avec assez de précision sous un angle solide de 150...180°. Avec des tailles plus grandes d'un microphone omnidirectionnel, son CV dépend fortement de la fréquence, se rétrécissant sensiblement aux hautes fréquences, de sorte que l'angle de couverture dans ce cas ne peut pas être considéré comme supérieur à 90°. Pour un microphone cardioïde à fréquence constante HF, l'angle de couverture est de 120°, pour un microphone supercardioïde - 90°, hypercardioïde - 60°, bilatéralement directionnel (avec un HF en huit), l'angle de couverture est de 60° sur de chaque côté. Il est également utile (par exemple, pour calculer des systèmes de sonorisation) de savoir que le coefficient de directivité (d'un microphone avec CN « cercle » et « huit » est de 1, avec CN « hypercardioïde » - 4, « supercardioïde » - 3,7 , "cardioïde" - 3 , et pour les microphones hautement directionnels dans la plage moyenne, il peut atteindre 5-7. 4. Le niveau de pression acoustique maximal, exprimé en dB par rapport à po = 2x10-5 Pa, est le niveau auquel le coefficient de distorsion harmonique ne dépasse pas 0,5 % ou une autre valeur établie dans la documentation technique. Ce paramètre montre les limites de linéarité de la réponse en amplitude du microphone et, avec le niveau de son propre bruit, détermine la plage dynamique du microphone, et donc le trajet dans son ensemble. 5. Le module de résistance électrique totale (impédance), en Ohms, généralement normalisé à une fréquence de 1000 5 Hz, détermine l'ampleur de la charge (impédance d'entrée de l'amplificateur ou de la télécommande) à laquelle le microphone fonctionne. En règle générale, afin d'éviter la perte du signal utile, la valeur de charge doit dépasser l'impédance du microphone de 10 à XNUMX fois sur toute la plage de fréquences. 6. Les dimensions hors tout, le poids, le type de connecteur et d'autres caractéristiques de conception nous permettent de juger de la possibilité d'utiliser le microphone dans certaines conditions. L'ensemble des exigences pour un microphone particulier est déterminé par son objectif. En quels groupes les microphones sont-ils divisés selon leur objectif ? En fonction de leur objectif, les microphones sont divisés en trois grands groupes :
Les microphones professionnels diffèrent également considérablement dans leur objectif :
De plus, la conception des microphones diffère grandement selon les conditions de leur montage et leur emplacement par rapport à la source du signal :
Il est extrêmement difficile de donner des recommandations spécifiques pour le choix des microphones sans prendre en compte des conditions spécifiques, car un microphone d'une certaine conception et d'un certain objectif (par exemple, un microphone à condensateur à large bande pour l'enregistrement en studio) peut être peu compatible, voire complètement inacceptable dans d'autres conditions et à d'autres fins (par exemple, dans les systèmes de conférence ou comme manuel pour solistes). Il est possible d'indiquer uniquement les règles générales à suivre lors du choix d'un microphone à certaines fins. Les studios de diffusion, ainsi que les studios d'enregistrement (enregistrements de télévision, de cinéma, de gramophone) de musique et de discours artistiques doivent être équipés de microphones à large bande dotés des paramètres électroacoustiques les plus élevés. Par conséquent, dans les conditions de studio, on utilise généralement des microphones à condensateur, qui ont une large plage de fréquences et dynamiques, souvent avec des CN commutables (microphones à double membrane, dont la conception est discutée ci-dessus). En plus des avantages énumérés, les CM de studio ont une sensibilité 5 à 10 fois supérieure à celle des CM dynamiques et n'ont pratiquement aucune distorsion transitoire audible, puisque la résonance du système CM en mouvement se situe près de la limite supérieure de la plage de fréquence nominale et a un très facteur de qualité faible. Par conséquent, dans les studios d'enregistrement et dans les systèmes de sonorisation musicale, les petits CM cardioïdes sont de plus en plus utilisés comme microphones instrumentaux universels, tels que KM84, KM184 (Neumann), C460B (AKG) et domestiques - MKE-13M (Microfon-M). Les inconvénients des CM incluent la nécessité d'une source de tension constante, qui est généralement une alimentation électrique, ainsi que le fait que les CM tolèrent mal l'humidité, ainsi que les changements brusques de température. Ce dernier est dû au fait que la résistance d'entrée de l'amplificateur intégré KM a une valeur de 0,5...2 GOhm. Par conséquent, dans des conditions d'humidité élevée et de rosée, lorsque la température de l'air change, cette résistance diminue, ce qui entraîne à un « blocage » des basses fréquences et à une augmentation du bruit. Par conséquent, CM est rarement utilisé à l’extérieur et dans des installations portables. En studio, l'utilisation de CM ne pose aucune difficulté. Les microphones à directivité unidirectionnelle sont utilisés lors de performances sous un grand angle et lors d'enregistrements avec plusieurs microphones pour séparer clairement les groupes individuels d'instruments de musique, ainsi que dans les cas où il est nécessaire de réduire l'influence des bruits parasites ou de réduire la quantité de composante de réverbération dans le signal enregistré. Un microphone bidirectionnel est utilisé lors de l'enregistrement d'un duo, d'un dialogue, d'un chanteur et d'un accompagnateur, lors de l'enregistrement de petites compositions musicales (quatuor à cordes), et également lorsqu'il est nécessaire d'éliminer les sources de bruit directionnelles ou les fortes réflexions du plafond et du sol. Dans ce cas, le microphone est orienté avec une zone de sensibilité minimale aux sources de bruit ou aux surfaces réfléchissantes. Un microphone avec un HF en huit est également utilisé dans les cas où l'on souhaite mettre en évidence spécifiquement les basses fréquences de la voix d'un soliste ou d'un instrument de musique séparé, en plaçant le microphone dans ce cas à proximité immédiate de l'interprète. Ici, on utilise ce que l'on appelle « l'effet de zone proche », associé à la manifestation de la sphéricité de l'onde sonore à une distance proche de la source sonore, lorsque les première et deuxième entrées acoustiques du microphone sont affectées par des pressions sonores qui sont différents non seulement en phase, mais aussi en amplitude. Cet effet est plus visible dans les microphones en forme de huit et est totalement absent dans les microphones omnidirectionnels. Les microphones omnidirectionnels sont utilisés pour transmettre l'environnement acoustique général d'une pièce lors d'un enregistrement avec plusieurs microphones, ainsi que lors de l'enregistrement de paroles, de chants, de musique dans des pièces fortement amorties, lors de l'enregistrement de diverses réunions et conversations de table ronde. Récemment, pour de tels enregistrements, on a de plus en plus utilisé des microphones à « couche limite », dans lesquels la membrane de très petite taille est située parallèlement au plan de la table à une très courte distance de sa surface, et le microphone lui-même est conçu comme un petit objet plat qui, lorsqu'il est posé sur la table ou au sol, constitue pratiquement une continuation de sa surface. De ce fait, la membrane d'un tel microphone ne reçoit pas de réflexions de la surface de la table, et le CN d'un tel microphone est déterminé par la direction et les dimensions de la surface sur laquelle repose le microphone, et dans la plage audio, il est proche à un hémisphère. Un exemple de ces microphones « à couche limite » est le C562BL (AKG) et parmi les modèles nationaux - le MK403 (Nevaton). Les CM non directionnels sont également utilisés comme lavaliers, intégrés dans des meubles ou des magnétophones, pour les mesures acoustiques. Les microphones des studios, sauf cas particuliers mentionnés ci-dessus, sont généralement installés sur des supports au sol ou sur des grues. Étant donné que le microphone n'est ni déplacé ni touché pendant l'enregistrement et que les supports assurent une bonne absorption des chocs du sol, il n'y a en règle générale aucune exigence particulière pour les microphones de studio en termes de sensibilité aux vibrations. De nombreux principes de prise de son, qui nécessitent un placement précis du microphone en tenant compte de la situation entourant l'interprète, à la télévision sont déterminés principalement par des exigences visuelles. Ainsi, le microphone entrant dans le cadre doit être de petite taille, avec une surface qui élimine l'éblouissement et garantit une transmission précise de la couleur du téléviseur. En dehors du cadre, les microphones sont utilisés sur des supports mobiles. Le microphone bougeant fréquemment lors de la transmission, des mesures particulières sont prises pour le protéger des courants d'air et des vibrations (amortisseurs externes, protection contre le vent). Les distances relativement grandes des sources sonores et les niveaux de bruit élevés nécessitent l'utilisation de microphones directionnels et souvent hautement directionnels. Pour les caméras vidéo, on utilise généralement des microphones légers, de taille relativement petite, avec un CN quelque peu aiguisé par rapport aux microphones cardioïdes, structurellement compatibles avec la caméra, utilisant souvent des mesures spéciales dans la conception du microphone pour réduire le bruit de vibration qui se produit lorsque la caméra bouge pendant l’enregistrement vidéo. A titre d'exemple, utilisez les microphones MKE-24 et MKE-25 (« Microfon-M »). Un autre groupe de microphones professionnels est destiné aux systèmes de sonorisation de la musique et des discours artistiques dans les salles de concert et les théâtres et à la diffusion depuis ces installations. La principale caractéristique du fonctionnement des microphones dans les systèmes de sonorisation (S3U) est la possibilité de leur auto-excitation suite à l'apparition d'un retour acoustique parasite à certaines fréquences dû au signal sonore du haut-parleur (direct) ou réfléchi par les parois du plafond ou d'autres surfaces du microphone. Ce phénomène limite généralement la quantité de pression acoustique lors du sondage des salles. L'augmentation de la stabilité du C3U est obtenue à la fois par un traitement électronique spécial du signal et par plusieurs considérations simples décrites ci-dessous. 1. Proximité maximale du microphone par rapport à la source du signal primaire (chanteur, orateur, instrument de musique), c'est-à-dire utilisation de microphones-cravate (pour la parole) et de microphones à main. Notez que les microphones-cravate sont généralement omnidirectionnels, donc les rapprocher du haut-parleur n'affecte pas leurs caractéristiques de fréquence. Les microphones à main, généralement unidirectionnels, prennent des mesures spéciales pour « faire rouler » les basses fréquences afin de compenser leur élévation lorsque vous travaillez avec une source de signal proche. 2. La distance maximale possible du haut-parleur et du microphone par rapport aux haut-parleurs et aux surfaces réfléchissantes (microphone sur pied au niveau de la bouche de l’artiste ou de l’instrument de musique). 3. Le choix correct du microphone et l'orientation de son axe de travail par rapport à la fois à la source d'interférence (réflexions) et par rapport à l'axe de travail des haut-parleurs et enceintes les plus proches. Notons ici que, d'après les résultats de nos recherches, le plus universel, en termes de stabilité C3U, est un microphone à CN supercardioïde, ceci est particulièrement significatif dans la gamme de 200 à 3000 Hz. Au C3U et lors des retransmissions télévisées, il convient de privilégier les microphones les plus petits possibles afin qu'ils ne gênent pas le public qui regarde ce qui se passe sur scène ou sur scène. Pour les mêmes raisons, les microphones aux couleurs brillantes et vives ne doivent pas être utilisés. Dans les théâtres, les microphones sont souvent placés le long de la rampe, où ils sont exposés à de puissants champs électromagnétiques créés par les appareils d'éclairage. Ici, vous devez utiliser des microphones avec un blindage fiable, avec une sortie symétrique, et dans les microphones dynamiques, une bobine antiphon doit être présente. Dans une salle de concert, une scène ou un podium, il existe un risque de perturbations importantes dues aux chocs et aux vibrations. C'est pourquoi la plupart des stands sont équipés d'un amortisseur de vibrations, généralement sur la base, et les stands intégrés dans les stands incluent souvent un dispositif amortisseur de chocs. Cependant, ils n'éliminent pas complètement la transmission des vibrations liées aux secousses de la table, du sol ou du podium. De plus, il est toujours possible que l'orateur touche le support, sans parler des microphones pour solistes, qui sont majoritairement utilisés dans les mains. Ces microphones offrent des mesures spéciales de protection contre les vibrations : la capsule est amortie ou découplée du corps du microphone et des filtres électriques sont utilisés pour couper les basses fréquences. Des dizaines de modèles de tels microphones sont produits par de nombreuses sociétés européennes (AKG, Sennheiser, Beyerdynamic), américaines (Electro-Voice, Shure) et nationales - Bayton-2. Il convient de noter que les microphones dynamiques sont fondamentalement plus sensibles aux vibrations que les microphones à condensateur, et que les microphones directionnels sont plus sensibles que les récepteurs de pression. Dans les systèmes de sonorisation de la parole (salles de conférence, salles de réunion, salles de théâtre, etc.), le critère principal est l'intelligibilité de la parole, et non la transmission correcte du timbre, il est donc préférable de limiter la gamme de fréquences des microphones à la plage de 100... 10 000 Hz avec un « blocage » des basses fréquences, allant de 300...400 Hz à 10...12 dB à 100 Hz. Des exemples de tels microphones incluent les modèles D541, D558B, D590, C580 (AKG) et les modèles domestiques - MD-91, MD-96, MD-97 (Microfon-M). Un rétrécissement supplémentaire de la gamme de fréquences du microphone est possible jusqu'à 500...5000 3 Hz avec presque aucune perte d'intelligibilité, mais cela conduit à une distorsion notable du timbre de la voix de l'orateur, ce qui est également indésirable dans un discours C500U de haute qualité. Par conséquent, les microphones avec une gamme de fréquences de 5000...XNUMX Hz, et même plus étroite, ne sont utilisés que dans les appareils de communication, où la transmission du timbre vocal n'est pas essentielle, mais il est nécessaire de transmettre correctement le sens des actions, des commandes, etc. Réduire la gamme de fréquences des microphones pour la parole C3U à 100...10 000 Hz constitue un certain compromis entre l'intelligibilité et la transmission du timbre de la parole et est également conseillé car le spectre de l'aérodynamique (vent, provenant de la respiration de l'orateur), des vibrations (friction et impacts) du corps), ainsi que les interférences de réverbération dans les pièces mal atténuées, qui sont la plupart des salles de réunion et de conférence, ont un caractère basse fréquence prononcé. Par conséquent, du point de vue du rapport signal/bruit, il n’est pas conseillé d’avoir des microphones avec une large plage de basses fréquences. De plus, le C3U utilise des microphones unidirectionnels qui, placés à proximité de l'enceinte, provoquent une montée des basses fréquences, qui compense leur baisse dans la réponse en fréquence du microphone, prise en champ libre à une distance standard de 1 m. en l'absence d'une telle baisse, les basses fréquences sont accentuées, ce qui provoque l'effet « marmonnement », son « tonneau » du microphone, l'intelligibilité de la parole diminue. Pour améliorer l'intelligibilité de la parole et la transparence du son vocal, les microphones pour C3U ont généralement une augmentation douce de la réponse en fréquence à des fréquences de 3...7 kHz à 3...5 dB. Un groupe distinct de microphones comprend les microphones à pectoral, ou comme on les appelle également les microphones-cravate, utilisés à la fois à la télévision et dans C3U. Un microphone-cravate est généralement un récepteur de pression, léger et de petite taille, avec une fixation spéciale aux vêtements ; il s'agit par exemple des microphones SK97-O (AKG), MKE10 (Sennheiser), KMKE400 (Nevaton). L’utilisation de tels microphones présente à la fois des avantages et des inconvénients. Les avantages évidents sont la liberté des mains de l'orateur et la proximité du microphone avec la source du signal souhaité. Énumérons quelques inconvénients. C'est le contact du microphone avec la poitrine, qui affecte la couleur du son aux basses fréquences ; cela dépend du type de vêtement et des caractéristiques de l'orateur. De plus, il n'y a souvent aucun endroit où brancher l'alimentation électrique à l'enceinte. Souvent, le microphone est masqué par le menton et le son perd son effet de présence ; parfois les tons nasaux sont accentués, ce qui entraîne un son nasal et une détérioration de l'intelligibilité. Le câble du microphone touchant les vêtements provoque des bruissements. De plus, l’utilisation de tels microphones présente des difficultés psychologiques. Les microphones destinés à une utilisation en extérieur doivent être adaptés à une utilisation par tous les temps : pluie, neige, vent, etc., c'est pourquoi on utilise généralement à ces fins des microphones dynamiques, qui ont une résistance à la température et à la température nettement plus élevée que les microphones à condensateur et à électret. , qui ne nécessite pas un approvisionnement constant, est plus fiable. Pour réduire le bruit du vent, ces microphones ont généralement une forme profilée et un capuchon externe coupe-vent, car la protection coupe-vent intégrée, généralement utilisée dans les microphones à main et pour la parole C3U, n'est pas suffisante pour travailler à l'extérieur dans des conditions venteuses. Lors d'un reportage depuis la rue, il est plus conseillé d'utiliser des microphones omnidirectionnels comme microphones à main, car ils sont fondamentalement moins sensibles au vent, aux vibrations et aux impacts accidentels. Dans le même temps, bien entendu, la conception de tels microphones ne doit pas exclure des mesures spéciales visant à réduire l’influence des vibrations et du vent. A titre d'exemple de microphones de reportage - F-115 (Sony), et parmi les microphones domestiques - MD-83 (Microfon-M). Dans C3U en extérieur, pour les mêmes raisons qu'en intérieur, des microphones directionnels doivent être utilisés, mais il faut quand même essayer d'éviter que des précipitations ne tombent sur le microphone (installation d'auvents, de cabines, etc.). Auteur : Sh. Vakhitov
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