Le microphone est une structure complexe. Les différents composants utilisés par les constructeurs vous permettent de définir la qualité d’un micro, son coût et, bien sûr ses conditions d’utilisation. Chaque modèle à sa propre personnalité et confère de ce fait une production sonore de caractère.
Autant notre oreille biologique est de nature parfaite pour capter les sons, autant les microphones sont perfectibles. Nos tympans captent les vibrations de l’air, le mouvement vibratoire des molécules, les transmettent à travers l’oreille moyenne et interne au cerveau qui les perçoit comme son. En théorie, nous percevons la largeur de bande de fréquences allant de 20 Hz à 20 kHz. Le tympan est à nos oreilles ce que le diaphragme est au microphone. La relation tympan-cerveau se traduit en électronique par un transducteur. Notre tympan est églement fragile aux pressions acoustiques et des lésions irrémédiablement grâves peuvent apparaître, c’est aussi la réalité du microphone.
La largeur des capsules
La capsule d’un microphone abrite le diaphragme. Il peut être de différentes tailles, petite, moyenne ou grande. Sa résistance aux pressions acoustiques est variable, en général, autour de 140 dB SPL (Sound Pressure Level), pour notre oreille, cela correspond au niveau sonore d’un avion à réaction. Une résistance inférieure à cette pression acoustique peut amener de la distortion et un niveau faible a votre enregistrement.
Les capsules à grand diaphragme, de 2 à 2,5 cm, ont un atout au niveau du rapport signal/bruit et une plus grande sensibilité. En effet, il capte par leur grande surface davantage d’informations des mouvements moléculaires de l’air. Le signal en sortie est donc plus puissant et nécessite moins de préamplification. Cette sensibilité provoque des sons percutants, explosifs si la source est trop proche. Sa fréquence de résonnance étant plus basse, ce diphragme est plus apte à la prise de son d’instruments graves. Leur masse étant plus plus grande que les petits et moyens diaphragmes, il possède de ce fait une force d’inertie supérieure. Les microphones à larges membranes sont donc moins sensibles aux fréquences aiguës. En général, sans l’aide de circuits électroniques, la chute de la captation sonote intervient à partir de 14 kHz. Enfin, les grandes membranes perçoivent davantage les bruits de manipulations de microphone.
Les capsules de taille moyenne mesurent environ 1,5 cm, sont plus sensibles aux hautes fréquences que les grandes et génèrent un rapport signal/bruit acceptable. Généralement, elles possèdent une bande passante plate allant de 50 Hz à 18 kHz (là aussi sans intervention électronique du constructeur) et conviennent parfaitement pour un enregistrement de guitare, violon… Les capsules de petites tailles, inférieures à 1 cm, sont très sensibles à toutes les gammes de fréquences audibles et ont un rapport de signal/bruit très faibles. Les microphones à petites membranes captent le signal de la salle et le transmet à un ordinateur. Celui-ci scanne l’environnement acoustique, indique les trous et bosses du signal de réponse et règle les fréquences en conséquence.
Les types de microphones
Nous avons vu que le diaphragme capte les vibrations de l’air, mais pour convertir ses oscillations en courant électrique, il faut utiliser un moyen de mesure du mouvement. Ce sont ces moyens de mesure qui différencient les types de microphones. Les principaux types utilisés sont le microphone électrodynamique (micro dynamique), le microphone électrostatique (micro à condensateur) et le microphone à ruban.
Le microphone dynamique est constitué d’un diaphragme, bien sûr, mais celui-ci est fixé à une bobine située dans un champ magnétique dû à un aimant. La pression sonore fait vibrer la membrane et déplace la bobine. Les variations de la bobine influent sur le champ magnétique de l’aimant en se mouvant librement entre les pôles nord et sud. La bobine produit ainsi les tensions nécessaires pour transmettre le son. Ce courant, très faible, est ensuite amplifié à l’aide d’un préampli. Le micro dynamique est donc simple et moins cher à fabriquer.
Ce type de conception possède cependant un avantage et un inconvénient. La bobine, par son attache, renforce la solidité de la membrane. Le microphone offre une résistance certaine et répond très bien au sons modérément forts. De par sa robustesse au mauvais traitements , il est couramment utilisé sur scène et sur les instruments à percussions. Mais, de cause à effet, l’aimant freine la bobine qui, à son tour, freine le mouvement du diaphragme. Il est donc moins sensible à la pression acoustique et aux fréquences aiguës. Pour cette raison le microphone dynamique est un micro de proximité. La source à enregistrer doit avoir un volume élevé et être proche du microphone. Si ce n’est le cas, la préamplification apporte bruit ou souffle. En utilisant un aimant plus fort et donc une bobine plus courte, certains modèles peuvent se vanter d’une bonne réponse en fréquences. Toutefois, une coloration acoustique intervient entre 5 et 10 kHz. Les références en ce domaine sont les très répandus modèles SM57 et SM58 de Shure.
Les microphones à condensateur sont utilisés principalement en studio, parfois sur scène, mais leur installation doit être contrôlée à cause de leur fragilité. Le diaphragme de ce type de micro est recouvert d’une couche métallique d’une extrème finesse. Il est suspendu au-dessus d’une plaque métallique perforée fixe à très faible distance. L’air contenu entre ces deux plaques forme l’isolant. Une charge électrique est stockée aux bornes de chacune des plaques, comme un réservoir hydraulique. En électronique, cela forme un condensateur.
La quantité d’électricité susceptible d’être stockée aux bornes des deux plaques varie suivant la distance qui les sépare. Cette quantité d’électricité est exprimée en Coulombs (Q). La capacité d’un condensateur est évaluée en Farads (C). Sous l’action de la pression acoustique, la membrane s’agite et modifie la valeur de la capacité. La différence de potentiels entre les bornes est ainsi modifiée (V pour Volts) puis envoyée vers un préamplificateur. L’équation est simple : Q = C x V. La capacité d’un condensateur est le rapport entre la quantité d’électricité Q qu’il est susceptible d’emmagasiner et la tension U à ses bornes. Si la membrane s’approche de la plaque fixe, la capacité grandit et la tension diminue. Si la membrane s’éloigne, la capacité diminue et la tension grandit. Une tension continue polarise le condensateur pour lui permettre de se décharger et de se recharger.
Cette tension provient soit d’une pile de 9 Volts logée à l’intérieur du microphone, ou soit d’une alimentation externe de 48 Volts appelée alimentation fantôme. Par la finesse du diaphragme, quelques microns d’épaisseur, le microphone à condensateur donne une bande passante de très grande précision, mais est aussi sensible aux claquements de percussions. En raison de leur sensibilité aux basses fréquences, les micros à condensateur sont souvent utilisés avec une suspension élastique et un filtre anti-pop (un bas tendu sur un cintre placé devant le microphone). Ce filtre peut aussi éviter de former une fuite de la charge électrique du condensateur provoquée par l’humidité issue de la voix d’un chanteur. Les plus répandus sont le Neumann U47 et l’AKG 414.
La capsule d’un microphone à condensateur est prolongée d’un tube. C’est dans cette partie que sont logés les composants électroniques du préamplificateur. Les plus chers seront équipés d’un amplificateur à lampe (tubes). La chaleur de la lampe, dans les deux sens du terme procure une chaleur au son par une légère distortion harmonique, mais fait aussi chauffer les composants du micro et provoque un bruit thermique. Cependant, il est plus facile de trouver des transistors d’amplification à effet de champ ou FET (Field Effect Transistor). Appelés dans une configuration solidstate, ils sont nettement moins chers, ne nécessitent pas de préchauffage et l’alimentation peut être fournie par l’alimentation fantôme et non par un boitier externe. Bien évidemment, l’indice qualité des composants est variable sur le marché.
Les microphones à ruban sont nettement plus onéreux et demeurent encore très fragiles. Un bon microphone à ruban peut avoir une bande passante plane bien supérieure à 20 kHz (ultrason). Ils ont la particularité d’avoir un son doux. Ils sont utilisés en prise de son d’orchestre classique ou pour colorer des cuivres. Leur principe de fonctionnement repose sur une membrane fine de métal, suspendue entre les pôles d’un aimant. La faible tension qui s’échappe des pôles est ensuite traitée par un transformateur interne aux microphones. Les microphones classiques à ruban sont les RCA 44 et 47.
Quelques notions de physiques
La qualité d’un microphone est mesurée suivant sa bande passante, sa distorsion harmonique et sa distorsion dynamique.
La bande passante d’un microphone représente sa possibilité de traduire avec fidélité l’ensemble ou une portion du spectre sonore audible, sa courbe de réponse. Suivant les types de microphone et les modèles des construteurs, on peut obtenir une bande passante plate ou amplifiée de 3 à 7 dB dans des fréquences sensibles telle la résonance de la voix de 4 à 15 kHz et, au contraire, une atténuation de 2 à 3 dB dans les fréquences agressives de la voix qui sont de 2 à 3 kHZ.
Tous les composants électroniques ajoutent une certaine quantité d’harmoniques au signal source. La nature de cette distortion dépend donc du circuit de préamplification utilisé, lampe ou solidstate. Quand à la distortion dynamique, comme son nom l’indique, elle agit sur la dynamique du son. Elle représente la capacité à traiter le son dès le début de sa prise, sans retard ou fondu. Elle joue donc sur les qualités d’attaque du son et de son enveloppe.
La directivité
Tous les microphones ne captent pas le son de la même façon. Suivant les tâches à accomplir, le rendement optimal provient de la directivité. Certains perçoivent les sons de tout l’environnement et d’autres s’appliquent à cerner des sources sonores éloignées. Les principales directivités sont l’omnidirectionnelle, cardioïde ou supercardioïde et bidirectionnelle.
Le diagramme polaire d’un microphone représente les limites de la sensibilité du microphones dans l’espace. Un cercle gradué en degré de 360 unités et une ordonnée exprimée en décibels vous indiqueront l’espace perçu par le microphone suivant différentes fréquences. En analysant le diagramme directionnel, on s’aperçoit que la prise de son peut être pré-égalisé sans recourir à la console de mixage, suivant la disposition du microphone face à la source sonore. En général, la directivité s’applique au mieux lorsque le diaphragme est perpendiculaire à la source sonore.
Le microphone omnidirectionnel perçoit les sons sur 360°, c’est à dire qu’il capte tout l’environnement. Il reçoit toute les sources sonores et les résonnances de celle-ci. Il est donc souhaitable que l’acoustique de la salle se prête à l’enregistrement. Il est cependant moins sensible aux hautes fréquences provenant par ses cotés et sa base arrière qu’en attaque frontale. S’il est équipé d’une large capsule, on pourrait dire qu’il est pratiquement directionnel dans les hautes fréquences. Il offre de très bons enregistrements sur des ensembles de choeur, ou sur un instrument soliste au son réaliste.
Le microphone directionnel est le plus répandu. L’apparence de son diagramme directionnel le fait appelé cardioïde (en forme de coeur). Bien que les sons provenant des cotés soit toujours moins captés que les frontaux, sa conception est basée sur des différences de pression acoustique entre les faces avant et arrière. Par ce calcul, il perçoit les sons devant la membrane et rejette ceux provenant de derrière. Ainsi le son est légèrement moins réaliste que l’omnidirectionnel. De plus, ils sont sensibles à la pression acoustique. L’effet provoqué est celui d’un sentiment de proximité. Il accroît aussi les moyennes et basses fréquences à mesure que la distance entre la source et la capsule diminue. On l’utilise lorsque des sons hors axe sont à éviter, cas de réverbération ou de proximité d’autres instruments. De ce fait, les micros cardioïdes sont couramment utilisés en sonorisation.
Le microphone super cardioïde ou hyper cardioïde présente un champ de sensibilité plus étroit. La capsule est placée au fond d’une structure tubulaire complexe faisant office de réseaux d’interférences. Par leur aspect, on les appelle aussi micros fusils ou canons. Ils sont utilisés lors de travaux de surveillance, pour l’enregistrement d’animaux dans la nature, ou lors de spectacles dont le décor ne demande aucun micro sur scène. Les microphones hyper cardioïdes ne répondent cependant pas aux basses fréquences.
Le microphone bidirectionnel n’est utilisé que pour des applications particulières telles que la prise de son stéréophonique lors d’un interview ou des techniques de studio d’enregistrement avancées. Ce microphone possède deux capsules montées en opposition. Chaque capsule peut répondre à des directivités différentes. Cependant, il faut alors compter sur une matrice Mid-Side (M/S) afin que le signal soit converti en stéréo. Le M/S processing ou traitement M/S peut aussi convertir en signal stéréo trois signaux microphoniques par l’ajout d’un troisième microphone. Le convertisseur analogique/numérique ADI-96 offre une fonction de processeur M/S.
Quelques particularités
Certains microphones sont équipés d’options. Parmi celles-ci, on peut retenir des filtres passe-haut de 100 Hz… mis en route par un commutateur sur le tube du microphone avec un atténuateur exprimé en dB/octave vous informant de la pente qui est appliquée au filtre. Pour les hautes pressions acoustiques, vous avez la possibilité de réduire la sensibilité du microphone par un atténuateur de gain de – 10 dB. Enfin, vous pouvez choisir sa directivité suivant le cas d’enregistrement imposé tel que le C 4000 B d’AKG. La préamplification interne d’un micro peut aussi être proposée en externe par détachement. Un système antichoc réduisant les réductions de bruits de prise en main et/ou un filtre anti-pop peut être proposé.
Entretien du matériel
Le microphone à condensateur est de loin le plus fragile en comparaison avec le dynamique. Il est recommandé de fixer les câbles au sol et de les monter sur un pied. Il faudra également faire attention au mouvement de manche de guitare, d’archet de contrebasse et des baguettes de batterie. Enfin, pour éviter les captations sonores d’un mouvement de plancher et les petits chocs, utilisez la suspension élastique livrée avec le microphone. La poussière, l’humidité et les intonations percutantes ne sont pas les meilleures amies du microphone à condensateur. Nettoyez l’extérieur du micro après chaque utilisation avec un chiffon doux et sec. Rangez votre matériel dans son boîtier, evitez de les entreposer dans un lieu humide, trop chaud ou trop froid, les températures idéales allant de 10 à 35 °. Utilisez des câbles de qualité évite les effets couts-circuits néfastes aux composants électroniques. Lors de l’enregistrement, vous devez les protéger par un filtre anti-pop ou par un écran anti-vent pour les prises de son extérieures. Une prise de son trop proche d’une percussion peut avoir un effet néfaste sur la durée de vie de votre matériel. Attention à l’activation de l’alimentation fantôme sur une table de mixage si un microphone électrodynamique y est câblé. Cela peut lui coûter la vie. Quels que soient les types de micros, il faut absolument éviter de les soumettre à des chocs.
Choix d’un microphone
Finalement, choisir un microphone n’est pas si facile qu’il n’y paraît. La guitare à sonoriser à la sortie de l’ampli, le parc microphones imposant de la batterie, la voix typique d’Henri, comment faire fixer tous ces caractères sur un enregistrement. La seule solution est d’essayer différents microphones et laisser les oreilles choisir. Le marché de l’occasion est intéressant, mais faîtes attention aux microphones surcotés. Bien sûr, vous verifierez que le matériel a bien été entretenu par son propriétaire. S’il capte la moindre manipulation, il ne vaut pas la peine. La largeur du diaphragme, la directivité, les composants électroniques vous indiquent désormais à quel rôle un microphone est destiné.