COMMENT MESURER LA DIRECTIVITÉ D'UN MICRO CANON

Dans cet article, nous décrivons comment nous pouvons spécifier la directivité de ces microphones. Si vous souhaitez en savoir plus sur leur fonctionnement, veuillez lire l'article Mic Uni- : The interference tube and its use in microphones.

Description de la directivité

Lorsque nous décrivons la directivité des microphones dits directionnels de premier ordre (cardioïde large, cardioïde, super cardioïde, etc.), nous utilisons la forme du diagramme polaire pour la caractériser. Cela est possible parce que tous ces diagrammes devraient rester relativement constants à toutes les fréquences. Ce n'est bien sûr pas toujours le cas, mais c'est le but recherché par les fabricants.
 

Figure : Diagrammes polaires de 1er ordre en présentation logarithmique (échelle en dB).
 
Nous enregistrons un diagramme polaire dans des conditions anéchoïques (sans réflexion). Pour ce faire, le microphone est monté sur un plateau tournant spécial. Ensuite, un générateur de sons crée le signal de test par l'intermédiaire d'un haut-parleur placé à la même hauteur que le microphone. Lorsque le microphone tourne, le signal de sortie est enregistré en continu, ou par exemple tous les 5°.

Figure 2 : Installation de l'amplificateur de puissance dans une chambre anéchoïque à l'université technique du Danemark. Cercle jaune : Microphone. Cercle rouge : Haut-parleur. Cercle bleu : Plateau tournant.

Il y a deux façons de mesurer un diagramme polaire. Il peut être mesuré à l'aide de sons purs (ondes sinusoïdales) à une fréquence spécifique ou en faisant la moyenne d'un certain nombre de fréquences dans une plage donnée, c'est-à-dire par bande d'octave ou par bande de tiers d'octave.
Il peut également être mesuré à l'aide d'un bruit (par exemple, un bruit rose), qui contient toutes les fréquences produites simultanément, puis filtrées par bandes d'octave ou de tiers d'octave.
Les micros de premier ordre de haute qualité ne présentent que des différences mineures entre les méthodes, car leurs diagrammes sont à peu près constants ou ne changent que légèrement sur toute la gamme de fréquences.
Les diagrammes polaires de premier ordre sont faciles à lire car l'angle d'acceptation des microphones (l'angle à l'intérieur duquel la captation ne baisse que de 3 dB, également appelé angle d'ouverture) est facile à voir si l'échelle est appropriée. C'est dans la gamme de fréquences 1-4 kHz qu'il est le plus important. En général, l'angle d'acceptation est défini à 1 kHz si rien d'autre n'est indiqué.
 

Figure 3 : Diagrammes polaires cardioïdes de premier ordre avec marquage de l'angle d'acceptation (-3 dB re 0° @ 1kHz).
 
En étudiant les diagrammes polaires de premier ordre, on peut voir le lobe frontal et éventuellement un lobe arrière si le microphone est plus directif qu'un cardioïde. Dans le cas de la figure en huit, les lobes avant et arrière sont de taille égale.
Cependant, le tracé polaire devient lobaire aux fréquences élevées lorsque nous examinons la réponse des microphones à tube d'interférence. L'expression "lobaire" ou "diagramme en forme de lobe" signifie que le diagramme polaire présente maintenant plus de deux lobes.
 
Figure 4 : Exemple de tracés polaires lobaires.
 
La lecture des diagrammes polaires comportant de nombreux lobes peut s'avérer très compliquée. De plus, le son n'est pas ce qu'il semble être, à moins d'écouter des sons purs. Le son perçu comme un signal à bande large ou étroite peut être très différent de l'information affichée dans un diagramme polaire basé sur des ondes sinusoïdales simples.
D'un point de vue psychoacoustique, l'utilisation de bruit ou de fréquences moyennes par bandes d'octave ou fractions de bandes d'octave est préférable pour les mesures de directivité (en particulier pour les microphones canon). Les tracés moyens sont plus proches de la réalité. Toutefois, il s'agit d'une question de goût et de pratique, à condition d'être informé des conditions de mesure.
 
Figure 5 : Exemple du même shotgun mesuré avec un son simple et en faisant la moyenne des bandes de 1/3 d'octave et de 1/1 d'octave.
  

Facteur de distance (DSF), facteur de directivité (DF ou Q) et indice de directivité (D ou DI)

Outre les diagrammes polaires, d'autres termes désignant la directivité sont le facteur de distance, le facteur de directivité et l'indice de directivité. L'utilisation de ces trois "facteurs" pour décrire la directivité des microphones peut sembler quelque peu déroutante. Cependant, ils prennent tout leur sens si l'on y regarde de plus près.
 
Facteur de distance
Le facteur de distance (DSF) décrit approximativement la distance à laquelle on peut placer un microphone directionnel par rapport à un microphone omnidirectionnel pour maintenir le rapport entre le champ direct et le champ diffus. Il peut être considéré comme la "portée" d'un microphone dans un environnement réverbérant.


Imaginez une source sonore et un microphone dans une pièce. Supposons que la distance entre la source sonore et un microphone omnidirectionnel soit de 1. Dans ce cas, un microphone cardioïde peut être placé à 1,73 fois de la source sonore pour obtenir le même équilibre entre le son direct et le son diffus (étant donné que les microphones ont la même sensibilité).

Par conséquent, le facteur de distance (DSF) d'un micro cardioïde est de 1,73. Le facteur de distance est lié à l'amplitude du signal.
Voir le diagramme ci-dessous pour d'autres facteurs de distance.
 

Figure 6 : Facteur de distance (DSF) des microphones de premier ordre.
 
Facteur de directivité
Le facteur de directivité (DF ou Q) est défini comme le rapport entre l'énergie captée dans l'axe et l'énergie captée dans toutes les directions.
 
Indice de directivité
L'indice de directivité (D ou DI) est le facteur de directivité (DF) en dB : (DI = 10* log DF).
Le tableau ci-dessous indique le nom du diagramme polaire et les DSF, DF, DI et l'angle d'acceptation associés.

Tableau 1 : diagramme polaire en fonction de DSF, DF, DI et de l'angle d'acceptation.
*) La figure de huit a également un angle d'acceptation similaire à celui de l'arrière.)
 

Directivité des microphones à tube d'interférence

Comme nous l'avons mentionné, le microphone à tube d'interférence se compose en principe d'un élément cardioïde de premier ordre et d'un tube.
Idéalement, la directivité de la cardioïde est constante avec la fréquence, alors que le tube d'interférence augmente la directivité avec la fréquence.
L'examen de la conception peut donner l'impression que le tube extérieur et ses fentes créent des interférences. En réalité, c'est la maille intérieure et sa densité qui sont en cause. Le tube extérieur est une enveloppe dure qui protège la maille interne qui est souple. Cela dit, le tube extérieur doit comporter des fentes sur tout son pourtour. Si ce n'est pas le cas, la directivité peut changer avec la rotation du microphone.
La combinaison des deux composants permet d'obtenir une directivité constante jusqu'à une certaine fréquence et une élévation au-dessus de la fréquence de coin de la directivité. Plus le tube d'interférence est long, plus la fréquence de coin est basse. En général, les tubes d'interférence plus longs offrent une plus grande directivité. Toutefois, la densité de la maille influe également sur la directivité ; c'est l'une des raisons pour lesquelles, bien que le 2017 Shotgun Microphone semble plus court que d'autres, il offre néanmoins une grande directivité.

Figure 7 : Réponse théorique de directivité d'un shotgun (courbe noire) ; ici, un hypercardioïde (courbe bleue) combinée avec un tube à interférence (courbe rouge).
 
Les micros canon présentent une directivité qui change avec la fréquence. C'est pourquoi il est problématique de nommer la directivité d'un shotgun d'après des diagrammes polaires standard comme, par exemple, supercardioïde. Ce terme ne serait valable que jusqu'à une certaine fréquence. Il est préférable d'exprimer la directivité sous forme de DI en fonction de la fréquence, soit sous forme de courbe, soit sous forme de chiffres.

Figure 8 : DI en fonction de la fréquence du microphone canon 2017 (haute résolution, bande de 1/3 d'octave et résolution de 1/1 d'octave).

Tableau 2 : DI et angle d'acceptation du microphone canon 2017 en fonction de la fréquence. (Le filtre passe-haut intégré rend le 63 Hz non pertinent).

Conclusion

Il existe plusieurs façons de spécifier la directivité.
Les microphones standard de premier ordre sont généralement décrits par leur diagramme polaire (cardioïde, supercardioïde, etc.), car leur directivité est relativement constante en fonction de la fréquence. Pour ces micros, il est facile de lire le diagramme polaire et l'angle d'acceptation.
Les microphones à canon - ou microphones à tube d'interférence - sont mieux décrits par l'indice de directivité (DI), car ces microphones augmentent la directivité à partir d'une fréquence donnée.