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

Un microphone électrostatique, encore appelé microphone à condensateur, convertit l'énergie acoustique en énergie électrique en faisant varier la distance entre les armatures d'un condensateur avec la pression acoustique. Cette variation de distance produit une variation de tension aux bornes de ce condensateur, lorsqu'il est polarisé par une tension continue, proportionnelle (dans les limites des contraintes mécaniques) à la variation de pression sonore.

:::Figure 1 - Coupe schématique d'un microphone électrostatique.

:::La Figure 1 représente de façon schématique un microphone électrostatique.
La membrane en plastique métallisée est tendue à proximité d'une plaque métallique perforée. Ces deux éléments constituent ainsi les deux armatures d'un condensateur polarisé par une tension U0 constante. Ce condensateur est caractérisé par sa capacité électrique cmic = eS / d exprimée en farads, où e;représente la permittivité électrique de l'air, S est la surface commune en m2 de la membrane et de la plaque perforée, et d la distance en m qui les sépare. Les oscillations de la membrane provoquées par la pression acoustique font varier la distance d, et par conséquent la capacité cmic du condensateur. Puisque la tension aux bornes de ce condensateur est définie par :
U = Q / Cmic = Q . d / eS , où Q est la charge emmagasinée grâce à la tension de polarisation U0, une variation de la distance d entraîne une variation de la tension U0, u, proportionnelle à cette distance, et par conséquent également proportionnelle aux variations de la pression acoustique. La résistance R doit être choisie très élevée pour ne pas affaiblir la tension u délivrée par le microphone avant l'étage de pré-amplification. Enfin, le condensateur de liaison C permet de bloquer la composante continue de la tension en entrée du préamplificateur tout en préservant le signal utile.

Certains microphones électrostatiques sont construits avec deux membranes distinctes disposées symétriquement de part et d'autre de la plaque métallique perforée. Suivant la polarisation appliquée sur la deuxième membrane (la polarisation de la première membrane restant fixe), ces microphones présentent différentes directivités (omnidirectionnelle, cardioïde, ou bidirectionnelle par exemple). Ces différentes directivités sont habituellement sélectionnées par l'intermédiaire d'un commutateur sur le microphone. Un exemple particulièrement connu de microphone électrostatique à double membrane est le microphone Neumann U87 illustré à la figure 2.

:::Figure 2 - Quelques exemples de microphones électrostatiques

Comparativement à un microphone dynamique, un microphone électrostatique est beaucoup plus sensible (environ dix fois plus en moyenne) , possède un meilleur rapport signal sur bruit et une bande passante plus large qui couvre pratiquement toute la bande des fréquences audibles. Il encaisse cependant moins bien les très fortes pressions acoustiques et reste globalement moins robuste, notamment face aux fortes températures et à l'humidité. Les variations de température à l'origine de phénomènes de condensation peuvent entraîner l'apparition de bruits de crépitement. Une solution simple et efficace à ce problème consiste à placer le microphone à proximité d'une source de chaleur, un radiateur ou une ampoule par exemple. D'autre part, un microphone électrostatique nécessite pour fonctionner une tension d'alimentation continue U0, transmise par le biais du câble microphonique, et qui peut être fournie, par exemple, par une alimentation fantôme directement intégrée à la table de mixage et dont la tension de service vaut généralement 48 V. Cette tension permet également d'alimenter le préamplificateur qui est la plupart du temps intégré dans le corps du microphone pour réduire au maximum la distance de liaison entre capsule et pré-amplification. Les microphones électrostatiques permettent une reproduction fidèle du son et sont pour cela particulièrement appréciés en studio d'enregistrement. Ils y sont généralement utilisés, du fait de leur grande sensibilité, sur un pied et avec une suspension élastique. Les microphones à condensateur sont également présents sur scène, dans une proportion de plus en plus grande, notamment grâce aux nouvelles techniques de monitoring qui permettent de limiter les effets de larsen (directivité des wedges mieux contrôlée, utilisation des in-ear monitors) ou encore grâce l'apparition de microphones peu sensibles aux bruits de manipulation du chanteur (par exemple, les microphones Neumann KMS105 et AKG C5, tous deux illustrés à la Figure 2).




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