La mesure du son : microphones et haut-parleurs Fichier
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La mesure du son Microphones et haut-parleurs 1 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 Les microphones et haut-parleurs : généralités énergie reçue sous une forme énergie utilisable sous une forme différente. mécanique, thermique, lumineuse acoustique, électrique transducteur les microphones transducteur acousto-électrique d’entrée énergie acoustique énergie électrique les haut-parleurs transducteur électro-acoustique de sortie énergie acoustique énergie électrique transducteur acousto-électrique réversible 3 Les microphones - Classification relative au principe de transduction Effets piézo-électriques Effets magnétiques Effets électrostatiques Microphones piézoélectriques Microphones électrodynamiques Microphones électrostatiques à cristaux (quartz) à céramiques (titanate de baryum, PZT, etc. à polymères à bobine mobile à ruban à membrane polarisée à membrane pré-polarisée (électrets) 4 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 p B i F champ d’induction magnétique radial constant e v déplacement de l’équipage à la vitesse e = lv∧ B i force électromotrice bobinage i courant dans les spires F = li ∧ B force de Laplace v entrefer B pièces polaires 6 R i Rc p L u u = Rc i bobine membrane équation électrique du transducteur di Blv = R i + L dt équation mécanique de la membrane m &x&(t ) + c x& (t ) + k x(t ) = F1 + F2 = − Bl i + pS F2 = pS F = − Bl i 1 Force de Laplace + Force de pression acoustique 7 di Bl x& = R i + L 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 Bl V = Z e I avec Zm V + Bl I = P S avec Fonction de transfert Z e = [R + jL ω ] Zm = c + m jω − j k ω impédance électrique impédance mécanique U RI RBlS = = 2 2 P P B l + Ze Zm 8 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 principe d pression acoustique armature fixe p membrane mobile x Q condensateur plan / π = 5 8 . 8 ε = 9 0 1 1 6 3 Membrane située à d-x C0 = ε0 S d 0 Membrane située à d pF m C0 S C = ε0 = d − x 1− x d 10 Le microphone électrostatique champ électrique pression acoustique charge totale des armatures R C Q V0 = 0 C0 V0 d Q = Q0 + qx E0 = q = ∫ i dt C0 équation électrique du transducteur E0 x = R i + 1 ∫ i dt C0 11 Equation mécanique de la membrane comportement de la membrane modélisé par un oscillateur linéaire visqueux Force électrostatique d’attraction + Force de pression acoustique m k F1 = E0 q F2 = pS x(t) 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 ) = F1 + F2 = E0 q + pS m &x&(t ) + c x& (t ) + k x(t ) = E0 ∫ i dt + pS 12 E0 x = R i + 1 ∫ i dt C0 équation électrique du transducteur m &x&(t ) + c x& (t ) + k x(t ) = E0 ∫ i dt + pS équation mécanique de la membrane Régime harmonique écriture sous forme complexe impédance électrique E0 X = Ze I E0 Zm V = I + P S jω avec avec 1 Ze = R + j ω C 0 k Zm = c + m jω − j ω impédance mécanique E0 u jω = RS 2 p E Z m Z e − 0 jω 13 Oktava 319 (microphone à condensateur) Shure SM58 14 (microphone dynamique) Directivité d’un microphone Omnidirectionnel Bi-directionnel Uni-directionnel 15 Autres diagrammes de directivités Cardioïde Hypercardioïde Canon Cardioïde – lobe court 16 Le haut-parleur transducteur électro-acoustique (de sortie) énergie électrique énergie acoustique Haut-parleur Le haut-parleur à bobine mobile i B champ d’induction magnétique radial constant i force de Laplace F F = Bli 17 équation électrique du haut-parleur L u Blv di u = R i + L + Bl x& dt Z e = R + jLω équation mécanique du haut-parleur m &x&(t ) + c x& (t ) + k x(t ) = Bli 1 ω 2 2 Zm ( jωx) = Bli k avec * Zm = c + m jω − j Ze* i = U Ze = Ze + B l Zm 18 Le sonomètre microphone + un système électronique le signal global du microphone converti en intensité acoustique exprimée en décibel (dB). p Lp = 20 log p0 p0=0.00002 Pa =2 10-10 bar =2 10-4 µbar 19
