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Comprendre: Le microphone électrodynamique
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Source: Articles internet - juillet 2007 ::: crédits n/c :::
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Le microphone électrodynamique
Crédits
crédits n/c

Pour transformer l'énergie acoustique en énergie électrique, le microphone électrodynamique se base sur le phénomène d'induction électromagnétique, dont la découverte est attribuée à Michael Faraday (1791-1867) en 1831.

Ce phénomène consiste en l'apparition d'une force électromotrice (une tension électrique) aux bornes d'un matériau conducteur, un fil de cuivre par exemple, lorsque ce matériau est traversé par un champ magnétique fluctuant. Dans le cas particulier du microphone électrodynamique, une tension électrique est induite aux bornes d'une bobine lorsque celle-ci se déplace dans un champ magnétique créé par un aimant permanent. Cette tension électrique est proportionnelle au déplacement de la bobine, ce déplacement se faisant lui-même (dans une certaine limite) en fonction de la variation du champ de pression acoustique.

:::Figure 1
Coupe schématique d'un microphone électrodynamique à bobine mobile.

La figure 1 représente une coupe schématique d'un microphone électrodynamique typique. Un tel microphone est constitué d'un aimant permanent fixe, de forme cylindrique, qui rayonne un champ magnétique constant. Dans l'entrefer de cet aimant est placée une bobine en cuivre sur laquelle est fixée une membrane en plastique ou en métal. Pour rester parfaitement centrée dans l'entrefer de l'aimant, la bobine est maintenue par une fixation élastique qui lui permet, grâce à l'énergie transmise par la membrane, d'osciller parallèlement à l'axe du microphone.

Le principe de fonctionnement du microphone électrodynamique est inverse de celui du haut-parleur électrodynamique. Les ondes sonores qui se propagent dans l'air mettent en vibration la membrane. Celle-ci entraîne dans son mouvement la bobine solidaire qui oscille ainsi parallèlement à l'axe du microphone. Il se produit alors une variation du flux du champ magnétique à travers la bobine due à son déplacement dans le champ magnétique créé par l'aimant. Cette variation du flux du champ magnétique ø, dø, induit ainsi aux bornes de la bobine une force électromotrice e donnée par la loi de Faraday : e = -dø /dt = -Blv, où B désigne l'intensité du champ magnétique (en Tesla), l la longueur de la bobine (en m), et v la vitesse de déplacement (en m/s) de la bobine (les vecteurs et , respectivement associés au champ magnétique et à la vitesse de déplacement la bobine, sont orthogonaux). La force électromotrice induite est par conséquent proportionnelle aux oscillations de la membrane, qui elles-mêmes sont proportionnelles aux variations de la pression acoustique.

En réalité, ce processus de transduction n'est pas totalement transparent. Pour illustrer schématiquement le lien entre un signal acoustique réel et le signal électrique résultant de sa captation, la figure 2 représente en fonction de la fréquence la sensibilité en pression typique d'un microphone électrodynamique. La bande passante est limitée dans le bas du spectre notamment par la taille de la membrane et la rigidité de la fixation élastique, qui ne permet pas à la bobine de reproduire les variations amples de la pression acoustique (faible vitesse et grande élongation). Dans le haut du spectre, la chute de la bande passante s'explique essentiellement par l'effet d'inertie de la bobine qui la laisse insensible aux petites variations acoustiques de faible énergie (grande vitesse et faible élongation). Le choix des caractéristiques du microphone (longueur de la bobine, taille de la membrane, souplesse de la fixation) ne peut permettre à la fois une conversion fidèle en basse et en haute fréquence, puisqu'il doit théoriquement se faire de façon opposée dans chacune de ces zones fréquentielles. Par exemple, la fixation élastique doit être souple en basse fréquence et rigide en haute fréquence pour permettre les oscillations rapides de la bobine. Ou encore la bobine doit être légère et donc de taille réduite en haute fréquence, mais de longueur importante en basse fréquence pour induire une forte énergie électrique (loi de Faraday). Les caractéristiques d'un microphone électrodynamique résultent par conséquent d'un compromis et doivent être adaptées au spectre fréquentiel du signal sonore à transcrire (cf. figure 3).

:::Figure 2
Illustration schématique de la sensibilité en pression d'un microphone électrodynamique.

La sensibilité en pression d'un microphone électrodynamique reste dans sa bande passante assez faible comparativement à celle d'un microphone électrostatique ou d'un microphone à électret (en gros de 1 à 3 mV par Pascal au lieu de 10 à 60 mV/Pa, c-a-d pour 94 dB SPL). En revanche, ce type de microphone est très robuste (peu sensible à l'humidité ou aux petits chocs) et peut encaisser des pressions acoustiques élevées. Cela en fait un outil particulièrement adapté à la scène, par exemple pour la captation en proximité de la voix, des percussions ou de la guitare amplifiée. Un microphone électrodynamique ne nécessite enfin aucune tension d'alimentation externe et reste relativement peu cher.

:::Figure 3
Deux exemples de microphone électrodynamique : à gauche, un microphone Shure SM58 habituellement utilisé pour la captation de la voix ; à droite un microphone Shure Beta 52A à large membrane et grosse bobine, particulièrement adapté à la grosse caisse de batterie.
Shure SM58
Shure Beta 52A




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