La mesure du son. Microphones et haut-parleurs

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1 La mesure du son Microphones et haut-parleurs 1

2 Plan 1. Les microphones - Classification Le microphone électrodynamique à bobine mobile Le microphone électrostatique Directivité d un microphone 2. Le haut-parleur à bobine mobile 3. Le sonomètre 2

3 Les microphones et haut-parleurs : généralités transducteur énergie reçue sous une forme mécanique, thermique, lumineuse énergie utilisable sous une forme différente. acoustique, électrique les microphones transducteur acousto-électrique d entrée énergie acoustique énergie électrique les haut-parleurs transducteur électro-acoustique de sortie énergie acoustique transducteur acousto-électrique réversible énergie électrique 3

4 Les microphones - Classification relative au principe de transduction Effets piézo-électriques Microphones piézoélectriques à cristaux (quartz) à céramiques (titanate de baryum, PZT, etc. à polymères Effets magnétiques Microphones électrodynamiques à bobine mobile à ruban Effets électrostatiques Microphones électrostatiques à membrane polarisée à membrane pré-polarisée (électrets) 4

5 Le microphone électrodynamique à bobine mobile principe Couplage électrodynamique bobine solidaire de la membrane bobine + membrane équipage mobile l longueur totale du fil de la bobine 5

6 F i e v p déplacement de l équipage à la vitesse B champ d induction magnétique radial constant e l v B force électromotrice bobinage i entrefer i courant dans les spires v B F l i force de Laplace B pièces polaires 6

7 p R L i R c u u R c i membrane bobine équation électrique du transducteur équation mécanique de la membrane Blv R i + L di dt m &&( x t) c x& ( t) + k x( t) F + F Bl i ps Force de Laplace + Force de pression acoustique F 2 ps F 1 Bl i 7

8 Bl x& R i + L di dt équation électrique du transducteur m &&( x t) + c x& ( t) + k x( t) p S Bl i équation mécanique de la membrane Régime harmonique BlV Z Z m V + BlI e I PS avec Z e [ R + jlω] avec Z m c+ m jω k j ω impédance électrique impédance mécanique Fonction de transfert U P RI P 2 2 B RBlS l + Z e Z m 8

9 Le microphone électrostatique plus sensible et précis que le microphone dynamique avantages : sensibilité, définition inconvénients : fragilité, nécessité d'une alimentation externe, contraintes d'emploi, inapte à reprendre des pressions acoustiques trop élevées Microphone électrostatique de studio 9

10 principe pression acoustique d p armature fixe membrane mobile x Q condensateur plan Membrane située à d C ε d S ε π pf / m Membrane située à d-x C ε d S x 1 C d x 1

11 Le microphone électrostatique pression acoustique C R V Q C champ électrique charge totale des armatures V E d Q Q + C équation électrique du transducteur q x q i dt E x R i + 1 i dt C 11

12 Equation mécanique de la membrane comportement de la membrane modélisé par un oscillateur linéaire visqueux m Force électrostatique d attraction + Force de pression acoustique x(t) F 2 ps F1 E q k f x(t) défini par rapport à la position d équilibre statique (poids de la membrane + terme de force électrostatique exercée entre les armatures) m &&( x t) c x& ( t) + k x( t) F + F E q ps m &&( x t) + c x& ( t) + k x( t) E i dt + ps 12

13 E x R i + i dt C 1 équation électrique du transducteur m &&( x t) + c x& ( t) + k x( t) E i dt + ps Régime harmonique E X écriture sous forme complexe Z e I E Z m V I + P S jω u p avec avec RS Z m Z e E jω E jω 2 équation mécanique de la membrane Z e Z m R + 1 j ω C c+ m jω impédance électrique k j ω impédance mécanique 13

14 Oktava 319 (microphone à condensateur) Shure SM58 (microphone dynamique) 14

15 Directivité d un microphone Omnidirectionnel Bi-directionnel Uni-directionnel 15

16 Autres diagrammes de directivités Cardioïde Hypercardioïde Canon Cardioïde lobe court 16

17 Le haut-parleur transducteur électro-acoustique (de sortie) énergie électrique Le haut-parleur à bobine mobile Haut-parleur i énergie acoustique i force de Laplace F B champ d induction magnétique radial constant F Bli 17

18 équation électrique du haut-parleur u L Blv u R i + Z e R + L jlω di dt + Blx& équation mécanique du haut-parleur m &&( x t) + c x& ( t) + k x( t) Bli * Z e i U Z Z m m c+ m jω ( jω x) Bli k j ω avec Z e * Z e 2 + B l 2 Z m 1 18

19 Le sonomètre microphone + un système électronique le signal global du microphone converti en intensité acoustique exprimée en décibel (db). L p 2 log p p p.2 Pa bar µbar 19

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