Fiche de révision : Prise de son et microphones

📋 Plan du Cours

1. Ondes sonores et grandeurs physiques
2. Longueur d’onde et niveaux sonores
3. Oreille et bande passante
4. Principes des capsules
5. Phase et filtrage en peigne
6. Couples stéréophoniques
7. Liaisons et alimentation
8. Directivité et choix du micro
9. Effet de proximité et larsen
10. Réglage et diagnostic de prise

📖 1. Ondes sonores et grandeurs physiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Onde sonore : Perturbation de la pression de l’air qui se propage, tandis que les molécules d’air oscillent localement.
• Timbre : Dépend du dosage des harmoniques qui s’ajoutent à la fondamentale, ce qui permet de distinguer deux instruments jouant la même note.

📝 Points essentiels

📌 La période T est la durée d’un cycle, la fréquence f est le nombre de cycles par seconde et l’amplitude est l’écart maximal de pression.

📐 Formule — La fréquence et la période sont liées par $f=\frac{1}{T}$.

💡 Astuce mémo

Fréquence = hauteur, amplitude = volume, harmoniques = timbre

📖 2. Longueur d’onde et niveaux sonores

🔑 Notions clés & Définitions

• Décibel SPL : Niveau de pression acoustique référencé à 20 micropascals, correspondant au seuil d’audition à 1 kHz.

★ À maîtriser

📐 Formule — La longueur d’onde vérifie $\lambda=\frac{c}{f}$, avec une célérité du son retenue à $c=340\,\text{m/s}$ dans l’air.

• À 1 000 Hz, la longueur d’onde vaut 0,34 m, soit 34 centimètres.

• Une augmentation de 3 dB double la puissance, une augmentation de 6 dB double la pression, une augmentation de 10 dB est perçue comme environ deux fois plus forte et une perte de 6 dB correspond au doublement de la distance.

Compléments

• À 100 Hz, la longueur d’onde vaut 3,40 m, tandis qu’à 10 kHz elle vaut 3,4 cm.

💡 Astuce mémo

Fréquence ↑ → longueur d’onde ↓ → distance critique réduite

📖 3. Oreille et bande passante

★ À maîtriser

• Une oreille jeune et saine entend théoriquement de 20 Hz à 20 kHz, mais la limite haute recule dès l’adolescence et les fréquences supérieures à 16 kHz sont couramment perdues avant trente ans.

• L’oreille est beaucoup plus sensible entre 2 et 5 kHz qu’à 20 Hz, et il faut environ 75 dB supplémentaires pour percevoir 20 Hz comme 3 kHz.

• Le téléphone classique transmet de 300 Hz à 3 400 Hz, ce qui préserve l’intelligibilité de la parole mais altère l’identité de la voix.

Compléments

• L’exposition professionnelle est encadrée par trois niveaux:
  • 80 dB(A) sur huit heures
  • 85 dB(A), seuil supérieur imposant la protection auditive
  • 87 dB(A), valeur limite

💡 Astuce mémo

Intelligibilité dans 300–3 400 Hz, identité dans les graves et les aigus

📖 4. Principes des capsules

🔑 Notions clés & Définitions

• Transducteur : Dispositif qui convertit une grandeur physique en une autre ; un microphone convertit une variation de pression en variation de tension.
• Microphone dynamique : Utilise une membrane solidaire d’une bobine qui se déplace dans le champ magnétique d’un aimant et produit une tension sans alimentation.
• Microphone à condensateur : Utilise une membrane légère et une plaque fixe dont la capacité varie avec le son, ce qui exige une alimentation et permet une réponse aiguë jusqu’à 20 kHz.

★ À maîtriser

• Le microphone dynamique est robuste, accepte des niveaux très élevés, présente souvent une bosse de présence de 4 à 6 dB entre 3 et 6 kHz et voit sa réponse retomber au-delà de 8 à 10 kHz.

Compléments

📌 Un électret est un condensateur dont la charge est figée en usine, tandis qu’un MEMS intègre membrane, entrefer et préampli sur une puce de silicium.

• Un microphone dynamique professionnel présente typiquement une impédance de sortie de 150 à 300 Ω, tandis que l’entrée micro doit être nettement plus élevée, typiquement de 1,5 à 3 kΩ.

💡 Astuce mémo

Dynamique = robuste sans alimentation ; statique = précis avec alimentation

📖 5. Phase et filtrage en peigne

🔑 Notions clés & Définitions

• Phase : Position d’un signal dans son cycle, mesurée en degrés, un cycle complet valant 360°.
• Filtrage en peigne : Alternance régulière de creux et de bosses produite par la somme d’un signal et de lui-même retardé.

★ À maîtriser

• Deux signaux identiques en phase s’additionnent à +6 dB, deux signaux décalés de 90° se renforcent d’environ +3 dB et deux signaux en opposition à 180° s’annulent totalement.

📌 L’inversion de polarité multiplie le signal par −1 sur tout le spectre, tandis qu’un déphasage correspond à un retard dont l’effet dépend de la fréquence.

📐 Formule — Pour un retard t, le premier creux du filtrage en peigne se situe à $f=\frac{1}{2t}$ et les suivants sont espacés de $\frac{1}{t}$.

📌 La règle des 3:1 impose une distance entre deux microphones au moins égale à trois fois la distance de chacun à sa source ; deux micros placés à 30 cm de leur source doivent donc être séparés d’au moins 90 cm.

Compléments

• Un retard de 1 ms produit des creux à 500 Hz, 1 500 Hz et 2 500 Hz, tandis qu’un retard de 0,1 ms produit un premier creux à 5 000 Hz.

💡 Astuce mémo

Trajets différents → déphasage → creux et bosses du filtrage en peigne

📖 6. Couples stéréophoniques

★ À maîtriser

📌 Le couple XY utilise deux cardioïdes coïncidents à 90° et offre une compatibilité mono parfaite, tandis que le couple AB utilise deux omnidirectionnels espacés de 40 à 60 cm et présente une compatibilité mono risquée.

• Le couple ORTF utilise deux cardioïdes espacés de 17 cm et ouverts à 110°, tandis que le couple MS associe un cardioïde frontal et un microphone bidirectionnel latéral avec une compatibilité mono parfaite.

Compléments

📌 En mono, un couple MS conserve le canal M seul, tandis qu’un couple stéréo présentant une inversion de polarité peut voir une partie du spectre disparaître.

💡 Astuce mémo

XY et MS privilégient le mono ; AB privilégie la largeur

📖 7. Liaisons et alimentation

🔑 Notions clés & Définitions

• Alimentation fantôme : Tension continue appliquée identiquement sur les broches 2 et 3 d’une liaison symétrique pour alimenter un microphone statique sans modifier son signal.

★ À maîtriser

📌 Une liaison asymétrique utilise deux conducteurs, le point chaud et la masse, tandis qu’une liaison symétrique utilise trois conducteurs, le point chaud, le point froid et la masse.

• 🔄 Une liaison symétrique fonctionne en trois étapes:

  1. Le signal est envoyé sur le chaud et en polarité inversée sur le froid
  2. Le parasite se dépose pareillement sur les deux fils
  3. L’amplificateur différentiel soustrait le froid du chaud

• Un bon préampli présente un CMRR supérieur à 80 dB, soit un parasite divisé par dix mille, ce qui permet de tirer 100 m de XLR sans le ronflement qui apparaît souvent après environ 5 m d’asymétrique.

Compléments

• Les trois broches d’un XLR sont:
  • Broche 1 : masse
  • Broche 2 : point chaud
  • Broche 3 : point froid

• La norme P48 fournit 48 V ± 4 V avec deux résistances de 6,8 kΩ et un courant disponible de 10 mA.

💡 Astuce mémo

Parasite identique sur chaud et froid → soustraction différentielle → silence

📖 8. Directivité et choix du micro

🔑 Notions clés & Définitions

• Directivité : Décrit la sensibilité d’un microphone selon la direction d’arrivée du son, représentée par un diagramme polaire.

★ À maîtriser

📐 Formule — Toutes les directivités classiques suivent $p(\theta)=A+B\cos\theta$ avec $A+B=1$, où A représente la pression et B le gradient de pression.

📌 L’omnidirectionnel capte sans atténuation à 90° et sans extinction, le cardioïde est atténué de 6 dB à 90° et s’éteint à 180°, tandis que le supercardioïde et l’hypercardioïde sont plus sélectifs mais possèdent un lobe arrière.

Compléments

• Les couples de coefficients A et B sont:

  • Omnidirectionnel : 1 et 0
  • Cardioïde : 0,5 et 0,5
  • Supercardioïde : 0,375 et 0,625
  • Hypercardioïde : 0,25 et 0,75
  • Bidirectionnel : 0 et 1

• Le microphone canon est un hypercardioïde muni d’un tube fendu qui atténue les sons latéraux sans amplifier les sons axiaux.

💡 Astuce mémo

Le diagramme polaire dessine une oreille qui écoute devant et rejette derrière

📖 9. Effet de proximité et larsen

🔑 Notions clés & Définitions

• Larsen : Emballement d’une boucle microphone-amplificateur-haut-parleur lorsque le gain de boucle dépasse 1 et que le signal revient en phase.
• Effet de proximité : Remontée des graves à faible distance d’une source, propre aux microphones à gradient de pression et nulle sur un omnidirectionnel.

★ À maîtriser

📌 Avec un microphone cardioïde, les retours doivent être placés derrière le micro, à 180°, tandis qu’avec un hypercardioïde ils doivent être placés à 110° de part et d’autre, et non dans l’axe arrière.

• À 3 cm d’un cardioïde, l’effet de proximité peut augmenter les fréquences inférieures à 200 Hz de 15 dB.

Compléments

• Près de la source, l’onde sphérique crée une différence d’amplitude entre l’avant et l’arrière de la membrane, qui renforce les graves lorsque la différence de phase devient faible.

💡 Astuce mémo

Directivité proche = graves renforcés ; omnidirectionnel = aucun effet de proximité

📖 10. Réglage et diagnostic de prise

★ À maîtriser

• Le gain du préampli doit combler environ 50 dB entre le niveau micro et le niveau ligne, sans atteindre 0 dBFS afin d’éviter l’écrêtage irréversible.

📌 En tournage, on vise des crêtes autour de −12 dBFS et une moyenne vers −20 dBFS afin de conserver une réserve dynamique.

📌 Pour choisir un microphone, il faut examiner le niveau sonore, la distance à la source et les sons que l’on veut absolument rejeter.

Compléments

📌 Un signal très faible accompagné de souffle indique souvent une entrée ligne utilisée à la place d’une entrée micro, tandis qu’un ronflement qui augmente avec la longueur du câble indique généralement une liaison asymétrique sensible aux parasites.

💡 Astuce mémo

Choisir niveau, distance, puis ce qu’on veut rejeter avant de traiter le signal

📊 Tableaux de synthèse

Familles de microphones

Couples stéréophoniques