Qu’est-ce qu’un diaphragme de microphone ? (Un guide approfondi) – Mon nouveau microphone

Les diaphragmes ont beaucoup à voir avec le son. Nous « chantons depuis le diaphragme » de notre corps physique et, si nous chantons dans un microphone, nous interagissons également avec un diaphragme ! Chaque microphone pratique a un diaphragme et une compréhension des diaphragmes est cruciale pour la maîtrise du microphone.

Alors, qu’est-ce qu’un diaphragme de microphone ? Un diaphragme de microphone est une fine membrane qui se déplace en réaction à la variation de la pression sonore externe. Un diaphragme de microphone est un composant clé du transducteur pour convertir l’énergie acoustique en énergie électrique. Les trois principaux types de diaphragmes sont la bobine mobile, le ruban et le condensateur.

Il y a beaucoup de choses à discuter quand on parle de diaphragmes de microphones. Cet article entrera dans le détail des types de diaphragmes populaires et des considérations que nous prenons lorsque nous traitons des diaphragmes de microphone!

Qu’est-ce qu’un diaphragme de microphone?

Comme mentionné, un diaphragme de microphone est une fine membrane qui se déplace en réaction à la variation de pression sonore (ondes sonores). Le diaphragme est un ingrédient essentiel de la recette du microphone. En fait, sans diaphragme mobile, un microphone ne serait pas en mesure de faire son travail de transducteur. La coïncidence du mouvement du diaphragme avec la pression acoustique est la première étape de la transformation de l’énergie acoustique en énergie électrique.

Puisque le diaphragme d’un microphone est si mince, nous l’observons comme n’ayant que deux côtés. Le mouvement du diaphragme est prédit par la différence de pression acoustique entre ses deux côtés.

Le diaphragme du microphone fait partie d’une unité plus grande dans les microphones appelée la capsule. La conception de la capsule est de la plus haute importance dans la performance du microphone. La capsule est, en fin de compte, l’élément transducteur dans tout microphone.

Pour une lecture approfondie sur les capsules de microphone, consultez mon article Qu’est-ce qu’une capsule de microphone ? (Plus les 3 capsules les plus populaires).

L’arrangement de la capsule et du diaphragme constitue une grande partie du son caractéristique d’un microphone. La réponse en fréquence, la sensibilité et le diagramme polaire sont quelques-unes des caractéristiques fortement déterminées par la conception de la capsule et du diaphragme.

Il existe 3 principaux types de diaphragmes de microphones :

1. Diaphragme à bobine mobile (dynamique)
2. Diaphragme à ruban (dynamique)
3. Diaphragme à plaque frontale (condensateur)

Comment un diaphragme se déplace-t-il ?

Les diaphragmes des microphones sont extrêmement fins (certains moins de 5 microns). Cette finesse les rend très sensibles aux molécules d’air vibrantes dans leur environnement immédiat. Le « bombardement » de molécules d’air vibrantes sur un diaphragme de microphone le fait bouger. À son tour, ce mouvement mécanique d’entrée et de sortie de la position de repos est converti en une tension électrique alternative (signal audio).

Un diaphragme de microphone se déplace en fonction de la différence de pression acoustique entre ses deux côtés. Si un côté est « bombardé » par des molécules d’air plus que l’autre, ce côté sera poussé vers l’intérieur. Si les deux côtés sont soumis à une quantité égale de pression, le diaphragme restera en place.

Une autre façon d’expliquer le mouvement du diaphragme est de regarder une simple onde sinusoïdale. Dans une onde sinusoïdale, nous avons des points nuls, des pics et des creux.

Lorsque l’onde sinusoïdale se déplace dans l’air, elle affecte les molécules d’air qu’elle traverse. Il en va de même lorsque l’onde sonore atteint le diaphragme.

• À ses crêtes, l’onde sinusoïdale provoque une compression maximale sur le diaphragme, poussant ce dernier vers l’intérieur.
• À ses creux, l’onde sinusoïdale provoque une raréfaction maximale sur le diaphragme, tirant le diaphragme vers l’extérieur.
• Et aux points nuls, l’onde sinusoïdale ne fait pas bouger le diaphragme.

Les ondes sonores se déplacent à 343 m/s (1125 ft/s) et sont infiniment plus complexes qu’une simple onde sinusoïdale. Comme vous pouvez l’imaginer, elles font vibrer rapidement le diaphragme en réponse à la variation de la pression sonore externe !

Les diaphragmes des microphones sont conçus pour se déplacer en fonction de la variation de la pression sonore afin de pouvoir produire un signal audio qui soit une représentation exacte du son qui se produit autour du microphone.

Relations entre le microphone, le haut-parleur et les diaphragmes thoraciques

Les comparaisons sont parfois utiles pour expliquer les choses. Nous sommes probablement tous familiers avec le diaphragme d’un haut-parleur, et nous avons très certainement des diaphragmes thoraciques dans notre corps. Le diaphragme du microphone est similaire à ces deux diaphragmes ! Laissez-moi vous expliquer.

Le diaphragme de haut-parleur

Les haut-parleurs, comme les microphones, sont des transducteurs. Les microphones convertissent l’énergie mécanique des ondes (son) en énergie électrique (signal audio). Les haut-parleurs, à l’inverse, convertissent l’énergie électrique (signal audio) en énergie mécanique ondulatoire (son).

Les haut-parleurs fonctionnent sur le principe de l’induction électromagnétique, le même principe qui régit les microphones dynamiques (dont nous parlerons plus loin dans cet article). Un signal audio sous la forme d’une tension alternative est envoyé au haut-parleur. Ce signal passe par une bobine de fil conducteur fixe qui entoure un aimant. L’électricité qui circule dans le fil conducteur fait bouger l’aimant selon le principe de l’induction électromagnétique. Comme le signal audio est en courant alternatif, l’aimant se déplace en avant et en arrière. Cet aimant est attaché à un diaphragme.

Le diaphragme d’un haut-parleur se déplace avec l’aimant auquel il est attaché. Lorsque le diaphragme vibre, il pousse et tire l’air autour de lui, projetant des ondes sonores dans l’espace.

Un microphone dynamique fonctionne de la manière opposée à un haut-parleur. Si nous devions câbler un haut-parleur à l’envers, le diaphragme serait essentiellement un diaphragme de microphone ! Cependant, comme les diaphragmes des haut-parleurs sont généralement plus épais, plus larges et plus lourds que les diaphragmes des microphones professionnels, ils ne seraient pas aussi sensibles. Il en résulterait un son étouffé.

Pour apprendre à câbler un haut-parleur afin qu’il devienne un microphone, consultez mon article Comment transformer un haut-parleur en microphone en 2 étapes faciles.

Le diaphragme thoracique

Le diaphragme thoracique est une fine feuille de muscle squelettique chez les humains et les autres mammifères.

Dans le cas de ce diaphragme biologique, c’est le muscle diaphragme lui-même qui se contracte et se dilate. Le diaphragme thoracique joue un rôle primordial dans la respiration. Lorsque le muscle du diaphragme se contracte, il aide à aspirer l’air dans les poumons. Lorsque le diaphragme se relâche, il pousse l’air hors des poumons.

La respiration se produit à un rythme beaucoup plus lent que les vibrations de l’air. Cependant, l’idée que le diaphragme déplace l’air est la même.

Rappelons rapidement les trois diaphragmes mentionnés :

• Le diaphragme thoracique se contracte et se dilate, faisant entrer et sortir l’air des poumons.
• Le diaphragme du haut-parleur est fixé à un aimant et se déplace en fonction d’une tension alternative appliquée par induction électromagnétique.
• Le diaphragme du microphone se déplace en fonction de la variation de la pression acoustique autour de lui.

Principe acoustique : Pression versus gradient de pression

Bien qu’il ne s’agisse pas d’une caractéristique du diaphragme lui-même, il convient de mentionner la conception de la capsule et la façon dont elle modifie la manière dont le son interagit avec le diaphragme.

Il existe deux types fondamentaux de diagrammes polaires :

1. Omnidirectionnel – qui fonctionne sur le principe de la pression.
2. Bidirectionnel – qui fonctionne sur le principe du gradient de pression.

Une conception de capsule peut exposer son diaphragme sur la base de l’un ou l’autre de ces principes ou sur une combinaison de ceux-ci. Les combinaisons donnent lieu aux diagrammes polaires de type cardioïde.

Principe de pression

Le principe de pression a un côté du diaphragme ouvert à la pression sonore externe. L’autre côté est fermé à une pression fixe.

Nous savons que le mouvement du diaphragme est dû à la différence de pression entre ses côtés avant et arrière. Comme un seul côté du diaphragme est exposé aux vibrations sonores, le diaphragme réagit à peu près également aux sons provenant de toutes les directions. D’où le diagramme polaire omnidirectionnel !

Pour plus d’informations sur le diagramme polaire omnidirectionnel, consultez mon article Qu’est-ce qu’un microphone omnidirectionnel ? (diagramme polaire + exemples de micros).

Principe du gradient de pression

Le principe du gradient de pression fait que les deux côtés du diaphragme sont ouverts à la pression sonore externe.

Les ondes sonores provenant directement de l’avant du diaphragme frappent l’avant en premier et l’arrière quelque temps plus tard. Cette différence de phase provoque une petite différence de pression, ce qui fait bouger le diaphragme. Les ondes sonores provenant directement de l’arrière du diaphragme fonctionnent de manière opposée.

Les ondes sonores provenant directement du côté du diaphragme frappent simultanément l’avant et l’arrière, ne provoquant aucune différence de pression et donc aucun mouvement du diaphragme !

Ainsi, le principe du gradient de pression donne un diagramme polaire bidirectionnel ou « figure-8 ». Le microphone est sensible au son venant de l’avant et de l’arrière tandis qu’il rejette le son venant des côtés.

Pour plus d’informations sur le diagramme polaire bidirectionnel, consultez mon article Qu’est-ce qu’un microphone bidirectionnel/figure-8 ? (Avec des exemples de micros).

Combinaison de la pression &du gradient de pression

Souvent, les capsules sont conçues de manière à combiner ces deux principes.

La configuration polaire de microphone la plus populaire est la configuration cardioïde. Il s’agit essentiellement d’un rapport 1:1 des principes de pression et de gradient de pression.

En restreignant le chemin du son atteignant l’arrière du diaphragme, les fabricants accèdent astucieusement à des combinaisons des deux principes. En manipulant la quantité de vibrations de l’air de chaque côté du diaphragme, on obtient une variété de diagrammes polaires !

Pour en savoir plus sur le diagramme polaire cardioïde et tous les autres diagrammes polaires de microphones, consultez mes articles What Is A Cardioid Microphone ? (diagramme polaire + exemples de micros) et Le guide complet des diagrammes polaires de microphones, respectivement.

Face du diaphragme : Top-Address Versus Side-Address

Un autre point à souligner concernant les diaphragmes et leurs capsules est la façon de les adresser. En d’autres termes, dans quelles directions les diaphragmes des microphones pointent-ils ?

Les deux types d’adressage les plus courants sont l’adressage par le haut et l’adressage latéral.

Adresse supérieure

Shure est présenté dans les articles suivants de My New Microphone :
– Les meilleures marques de microphones que vous devriez connaître et utiliser
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Les microphones à adresse supérieure ont des diaphragmes « face » au sommet du microphone. Typiquement, le microphone aura l’air de pointer dans la direction où il est le plus sensible.

Typiquement, les microphones à adresse supérieure sont limités à des diagrammes polaires de type omnidirectionnel et cardioïde puisqu’il est pratiquement impossible d’avoir les deux côtés du diaphragme uniformément exposés à la pression sonore.

Des exemples courants de microphones à adresse supérieure sont les Shure SM57 et SM58, ainsi que le Neumann KM 184 (avec des liens pour vérifier leurs prix sur Amazon).

Adresse latérale

Le Neumann est présenté dans les articles suivants de My New Microphone :
– Les meilleures marques de microphones que vous devriez connaître et utiliser
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Les microphones à adresse latérale sont conçus avec leurs diaphragmes orientés  » sur le côté « . » L' »avant » et l' »arrière » du diaphragme pointent vers les côtés des microphones, ce qui rend le micro plus sensible aux sons provenant des directions latérales.

Avec les microphones à adresse latérale, tous les modèles polaires sont relativement faciles à réaliser. Cette configuration permet également de concevoir deux diaphragmes dos à dos afin de créer un microphone multi-patron variable.

Les exemples courants de microphones à adresse latérale sont le Neumann U87, le Rode NT1-A et le AKG C414 (avec des liens pour vérifier leurs prix sur Amazon). Le U87 et le C414 sont des microphones à directivité multiple.

Le diaphragme à bobine mobile

Le diaphragme à bobine mobile est en fait constitué de deux parties distinctes : le diaphragme lui-même et la bobine mobile. Cependant, comme ils sont attachés l’un à l’autre, il est utile de les considérer comme une seule pièce mobile. Les diaphragmes à bobine mobile se retrouvent dans les microphones dynamiques à bobine mobile.

La combinaison diaphragme/bobine conductrice vibre en réaction aux ondes sonores externes. Le diaphragme est responsable d’être assez sensible pour capter la variance de la pression de l’air entre ses deux côtés. La bobine conductrice est responsable de la conversion de cette vibration en un signal audio. Le diaphragme et la capsule à bobine mobile agissent comme un transducteur sur le principe de l’induction électromagnétique.

Les diaphragmes à bobine mobile sont presque tous de forme circulaire et sont tendus fermement autour d’un anneau stationnaire dans la capsule du microphone. La tension est un facteur crucial dans la sensibilité du diaphragme aux ondes sonores entrantes.

Dans une conception typique, la bobine a environ la moitié du diamètre du diaphragme. La connexion de ces deux éléments crée un minuscule creux ou une ondulation dans le diaphragme. Par conséquent, le diaphragme n’est pas parfaitement plat. Le diaphragme peut également avoir de minuscules fentes de feuille découpées et une ondulation supplémentaire pour améliorer ses performances en fixant les problèmes inhérents à la structure du diaphragme et de la capsule.

Matériau

La « bobine mobile » (souvent appelée bobine mobile) est généralement constituée d’un mince fil de cuivre enroulé en une forme cylindrique creuse. Il y a des aimants de chaque côté de la bobine mobile pour permettre une induction électromagnétique maximale.

Le diaphragme lui-même n’a pas du tout besoin d’être électriquement conducteur. Le matériau typique utilisé pour fabriquer le diaphragme est un film de polyester (Mylar est un nom de marque commun). Ce film de polyester (feuille de plastique) est suffisamment fin et résistant pour agir comme un matériau de diaphragme efficace !

Donc la bobine est attachée au diaphragme et se déplace donc avec lui. Ce poids supplémentaire fait quelques choses aux caractéristiques globales du diaphragme. Le poids et la forme ou les microphones dynamiques à bobine mobile donnent généralement lieu aux traits suivants :

• Sensibilité diminuée dans la gamme des hautes fréquences.
• Fréquence de résonance dans la gamme audible de l’audition humaine.
• Réponse transitoire plus lente que les diaphragmes à condensateur et à ruban.

Pour plus d’informations sur les micros dynamiques à bobine mobile, consultez mes articles What Is A Microphone Voice Coil ? et Moving-Coil Dynamic Microphones : Le guide approfondi.

Le diaphragme à ruban

Le diaphragme à ruban est peut-être le type de diaphragme le plus intéressant. Les diaphragmes à ruban sont des diaphragmes longs, fins et rectangulaires qui ne sont attachés à leur capsule/baffle que de chaque côté de leur longueur. Ils sont le plus souvent ondulés au lieu d’être parfaitement plats et subissent une tension relativement faible par rapport aux diaphragmes à bobine mobile et à condensateur.

Les micros à ruban sont également considérés comme dynamiques. Tout comme les microphones à bobine mobile, les micros à ruban fonctionnent sur le principe de l’électromagnétisme. Cependant, au lieu d’avoir un diaphragme séparé et une pièce conductrice fusionnés ensemble, le ruban agit comme ces deux éléments simultanément. Le ruban se déplace en réaction à la différence de pression acoustique entre sa face arrière et sa face avant. Des aimants sont placés autour du périmètre du ruban de sorte que lorsque le diaphragme se déplace, l’induction électromagnétique génère un signal audio !

Matériau

Les diaphragmes de ruban doivent être conducteurs et extrêmement fins (généralement moins de 5 microns). L’aluminium est excellent pour répondre à ces deux besoins. La feuille d’aluminium ondulée constitue la plupart des diaphragmes de microphones à ruban sur le marché. Certains fabricants utilisent des polymères plastiques plus résistants comme base du ruban et les recouvrent d’aluminium conducteur. D’autres fois, vous trouverez une feuille d’aluminium recouverte d’une fine couche d’or. La couche d’or aide à prévenir l’oxydation du ruban tandis que l’or lui-même est un meilleur conducteur d’aluminium (mais pas aussi fort).

Fragilité

Un diaphragme à ruban est fragile. Les rafales de vent et les mouvements d’air associés aux grosses caisses et même aux plosives vocales ont le potentiel d’étirer le diaphragme, causant des dommages permanents. L’alimentation fantôme, si elle est envoyée par de mauvais câbles ou connexions, a également le potentiel de faire éclater ou d’étirer le diaphragme. Pour ajouter à la liste, les traumatismes physiques (chutes de micro) ont également une forte probabilité d’endommager le diaphragme à ruban. Il va sans dire que la prudence est de mise lors de la manipulation et de l’enregistrement avec des microphones à ruban. La bonne nouvelle, c’est que souvent, la réparation ne nécessite qu’un « re-ribboning » du microphone. La mauvaise nouvelle est que le prix d’une réparation peut atteindre plus de 350 $.

Par nature, les microphones à ruban sont configurés en adresse latérale et ont des diagrammes polaires bidirectionnels. En raison de la configuration bidirectionnelle (figure 8), ils présentent également les plus grandes quantités d’effet de proximité.

Pour une lecture approfondie de l’effet de proximité des microphones, consultez mon article Guide approfondi de l’effet de proximité des microphones.

Les caractéristiques d’un diaphragme à ruban donnent aux microphones à ruban les qualités suivantes (en général) :

• La faible tension du diaphragme donne une fréquence de résonance bien inférieure à la gamme audible de l’audition humaine.
• La finesse du diaphragme donne une réponse transitoire précise.
• La forme générale et le principe du transducteur donnent un roll-off doux et naturel des hautes fréquences.

Pour plus d’informations sur les micros dynamiques à ruban, consultez mon article Microphones dynamiques à ruban : Le guide approfondi.

Le diaphragme du condensateur (condensateur)

Il est plus facile d’expliquer le diaphragme d’un microphone à condensateur en même temps que la conception complète de sa capsule.

Les capsules du condensateur sont essentiellement des condensateurs (condensateur était autrefois le terme pour condensateur). Il y a deux plaques parallèles espacées l’une de l’autre sous la forme d’un condensateur. Dans le cas d’un microphone à condensateur, ces deux plaques parallèles sont :

1. Une plaque arrière solide stationnaire.
2. Une plaque avant mobile, appelée diaphragme !

Les condensateurs sont conçus pour retenir une charge (Q) lorsqu’ils sont alimentés par une tension. La tension continue est le plus souvent fournie par l’alimentation fantôme (dans le cas des microphones à condensateur vrai) ou est maintenue en permanence dans un matériau électret dans les plaques (dans le cas des microphones à condensateur électret). La charge (Q), dans une conception idéale, reste constante.

Le signal audio (tension alternative) de sortie du condensateur est mesuré avec la formule V = Q / C

Puisque (Q) est constant, le signal audio (V) est inversement proportionnel à la capacité (C). Parlons donc de la capacitance.

La capacitance est la capacité du condensateur à stocker une charge électrique. La capacité des capsules du condensateur dépend de la surface des plaques, de l’isolant entre les plaques (air) et de la distance entre les plaques. De ces trois facteurs d’influence, la distance entre les plaques est la seule variable !

Lorsque le diaphragme du condensateur vibre, la distance entre les deux plaques change, ce qui entraîne une tension alternative variable (signal audio) !

Matériau

La plaque arrière d’un véritable condensateur est généralement constituée d’alliages métalliques solides tels que le laiton. La plaque du diaphragme est souvent faite de mylar pulvérisé d’or ou d’une feuille d’aluminium exceptionnellement fine.

Les condensateurs à électret sont généralement faits du même matériau, mais avec un revêtement d’électret sur l’une de leurs plaques. « Les électrets dorsaux » sont les plus efficaces et ont une fine couche de matériau d’électret sur leurs plaques dorsales. Les matériaux d’électret peuvent être n’importe quel matériau diélectrique, y compris le plastique ou la cire.

Une différenciation commune des microphones à condensateur est par la taille du diaphragme. Il y a fondamentalement deux camps : les condensateurs à petit diaphragme et les condensateurs à grand diaphragme. Discutons des deux plus en détail.

Condensateurs à petit diaphragme

Les petits diaphragmes à condensateur ont généralement moins de 1 pouce de diamètre, bien que ce ne soit qu’une généralisation.

Les condensateurs à petit diaphragme (SDC) sont généralement construits dans une conception de « micro crayon », ce qui signifie que ce sont des microphones à adresse supérieure. Pour cette raison, vous ne trouverez généralement pas de microphones bidirectionnels ou multidirectionnels à petit diaphragme.

Un diaphragme plus petit signifie généralement une masse plus faible. Cela se traduit par une précision accrue de la réponse transitoire et une réponse étendue dans les hautes fréquences. Comme le diaphragme est plus petit, la capsule peut également être conçue plus petite, ce qui permet une réponse polaire plus cohérente.

Les inconvénients des petits diaphragmes sont des indices de sensibilité plus faibles et, par conséquent, de moins bons rapports signal/bruit. Le signal de sortie de la capsule à condensateur est proportionnel à la distance entre le diaphragme et la plaque arrière. Les petits diaphragmes ne se déplacent pas sur une aussi grande distance que les grands diaphragmes (pour visualiser cela, j’aime penser à des petits et grands trampolines). La sensibilité étant moindre, le bruit propre de l’électronique du microphone est plus prononcé en SDC qu’en LDC avec des signaux de même niveau.

Condensateurs à grand diaphragme

Les grands diaphragmes de condensateur ont généralement un diamètre de 1 pouce ou plus, bien que ce ne soit qu’une généralisation.

Les condensateurs à grand diaphragme (LDC) sont généralement construits comme des microphones à adresse latérale. Cela permet de concevoir n’importe quelle configuration polaire dans la capsule du microphone. Il est même possible de créer des microphones à plusieurs directivités en concevant une capsule avec plusieurs diaphragmes.

La plus grande taille du diaphragme implique une plus grande masse. Les LDC ont des fréquences de résonance basses, créant généralement un renforcement des basses dans la gamme de fréquences basses. La plus grande taille du diaphragme signifie également que son déplacement lorsqu’il est soumis aux ondes sonores est plus important que ses homologues SDC. Une plus grande plage de déplacement du diaphragme signifie un signal audio plus fort, les LDC sont donc plus sensibles que les SDC. Une sortie plus forte lorsqu’elle est soumise au même niveau de pression acoustique donne aux condensateurs à grand diaphragme un meilleur rapport signal/bruit.

Un inconvénient des micros LDC et à adresse latérale est que leurs grandes grilles permettent aux ondes courtes de rebondir à l’intérieur du boîtier de la grille. Si elles ne sont pas correctement amorties, ces fréquences créent une réponse en fréquence erratique dans le haut de gamme.

Les grands diaphragmes présentent d’autres inconvénients. La taille et la masse des LDC les rendent moins réactifs aux fréquences haut de gamme. Le déplacement plus important qui augmente la sensibilité nuit en fait à la précision de la réponse transitoire du grand diaphragme. Enfin, les capsules doivent être plus grandes pour accueillir de plus grands diaphragmes. Les LDC ont tendance à avoir moins de cohérence dans leurs diagrammes polaires à travers leurs réponses en fréquence par rapport aux SDC.

Une autre note intéressante sur les LDC est que certains diaphragmes sont terminés par le bord tandis que d’autres sont terminés par le centre. Edge-terminé signifie que le signal audio est pris sur le bord de la capsule et donc que le diaphragme est d’un seul tenant. Les diaphragmes à terminaison centrale ont leurs électrodes au centre du diaphragme. En théorie, les diaphragmes à terminaison centrale ont moins de fréquences de résonance, ce qui signifie que leurs réponses en fréquence sont moins erratiques. Bien que les conceptions à terminaison centrale soient un peu plus complexes.

Rappelons les généralités entre les condensateurs à petit diaphragme (SDC) par rapport aux condensateurs à grand diaphragme (LDC) :

• Les SDC sont moins sensibles que les LDC
• Les SDC ont des rapports signal/bruit plus mauvais que les LDC
• Les SDC ont des réponses en haute fréquence plus fortes que les LDC
• Les SDC ont des réponses en basse-fréquences que les LDC
• Les SDC ont des réponses transitoires plus précises que les LDC
• Les SDC ont des diagrammes polaires plus cohérents que les LDC

Pour un compte rendu détaillé des différences entre les SDC et les LDC, consultez mon article Large-Diaphragm Vs. Microphones à condensateur à petit diaphragme.

Les caractéristiques générales d’un diaphragme à condensateur confèrent aux microphones à condensateur les qualités suivantes :

• La légèreté du diaphragme donne une réponse brillante dans les hautes fréquences.
• La tension et la finesse du diaphragme donnent une réponse précise aux transitoires.
• La forme générale et le principe du transducteur donnent un roll-off doux et naturel des hautes fréquences.

Facteurs de performance du diaphragme

Discutons des principaux facteurs qui affectent la performance d’un diaphragme :

• Masse du diaphragme
• Forme et taille du diaphragme
• Tension du diaphragme
• Matériau du diaphragme
• Conductivité. du diaphragme

La masse du diaphragme

La masse du diaphragme joue un grand rôle dans la détermination de la fréquence et des réponses transitoires. Les deux étant des caractéristiques critiques d’un microphone.

Toutes choses étant égales par ailleurs, plus un diaphragme est lourd, plus sa fréquence de résonance est basse. Les fréquences de résonance offrent un boost dans la réponse en fréquence d’un diaphragme. Les diaphragmes plus lourds souffrent également d’un manque de clarté dans les hautes fréquences. Cela est dû à l’inertie et à la difficulté que rencontrent les ondes sonores à haute fréquence pour surmonter l’inertie.

L’inertie accrue qui accompagne les masses plus importantes affecte également la réponse transitoire du diaphragme. Plus le diaphragme est lourd, plus il résistera au mouvement. Cette résistance aux ondes sonores externes aggrave la précision de la réponse transitoire du microphone.

La forme et la taille du diaphragme

La forme et la taille du diaphragme influencent la réponse en fréquence et la sensibilité du microphone.

La plupart des diaphragmes de microphone sont de forme circulaire. C’est le cas de pratiquement tous les diaphragmes à bobine mobile et à condensateur. Les diaphragmes à ruban ont la forme de longues bandes de ruban.

Dans les diaphragmes circulaires, le diamètre se rapporte à des fréquences de résonance spécifiques. Ces fréquences de résonance ont une longueur d’onde égale à des multiples et des fractions de la longueur du diamètre. Il est plus facile de visualiser ces fréquences de résonance le long du diamètre du diaphragme comme on le ferait pour des ondes stationnaires dans une pièce. Les longueurs d’onde qui s’inscrivent dans les limites du diamètre du périmètre du diaphragme vont interférer entre elles de manière constructive ou destructive. L’interférence constructive et destructive affecte la sensibilité spécifique à la fréquence positivement et négativement, respectivement.

La taille du diaphragme circulaire contribue également à déterminer la sensibilité du microphone. Toutes choses égales par ailleurs, plus le diaphragme est grand, plus il peut être déplacé sur une grande distance par rapport à sa position de repos (pensez à un petit vs grand trampoline). Plus le mouvement du diaphragme est important, plus la sortie du signal audio de la capsule est importante !

La forme du diaphragme à ruban est celle d’un rectangle long et fin plutôt qu’un cercle. Cette bande du diaphragme est également ondulée et subit beaucoup moins de tension que ses homologues circulaires.

La forme non circulaire combinée à l’ondulation fait que les microphones à ruban ont très peu de fréquences de résonance. Et les fréquences qui résonnent, le font faiblement. Cela permet d’obtenir une réponse en fréquence plus lisse !

La tension du diaphragme

La tension du diaphragme affecte la réponse en fréquence et la sensibilité d’un microphone.

La meilleure analogie pour aider à expliquer la tension du microphone est une caisse claire. Lors de l’accordage d’une caisse claire, l’augmentation de la tension de la peau du tambour (membrane) augmente les fréquences fondamentales et de résonance du tambour. Il en va de même avec la membrane d’un microphone (bien que nous ne frappions pas ces derniers avec des baguettes)!

Toutes choses restant identiques, l’augmentation de la tension augmente les fréquences de résonance d’un diaphragme. La tension des diaphragmes circulaires donne typiquement une fréquence de résonance dans la gamme de fréquences des basses ou des sous-basses. Les diaphragmes à ruban sont généralement soumis à une tension si faible que leur fréquence de résonance fondamentale est inférieure à la gamme audible de l’audition humaine !

La tension du diaphragme affecte également la sensibilité d’un microphone. Plus un diaphragme est tendu, moins il subira de déplacement à un niveau de pression acoustique donné.

Le matériau du diaphragme

Le matériau du diaphragme joue un rôle critique dans la détermination de la réponse globale d’un diaphragme au son.

Les diaphragmes doivent être minces, mobiles et, la plupart du temps, conducteurs. Le matériau utilisé pour la fabrication des diaphragmes doit avoir une résistance élevée à la traction et être capable de réagir avec précision à la variation de la pression acoustique. Cela réduit le nombre d’options viables pour le matériau du diaphragme.

Le film de polyester (Mylar est un nom de marque courant) est un matériau efficace. Bien que le Mylar ne soit pas conducteur, il est suffisamment solide et flexible pour exceller en tant que matériau de diaphragme. Les diaphragmes des bobines mobiles sont souvent fabriqués exclusivement en film polyester, car il n’est pas nécessaire qu’ils soient conducteurs. Les diaphragmes des microphones à condensateur sont souvent fabriqués en film polyester recouvert d’or afin d’ajouter un élément conducteur à ce matériau.

La feuille d’aluminium est un autre matériau fréquemment utilisé dans la construction des diaphragmes. L’aluminium est à la fois solide et conducteur et apparaît le plus souvent dans le diaphragme à ruban.

La conductivité du diaphragme

Comme note supplémentaire sur le matériau du diaphragme, la conductivité est d’une importance critique pour la fonctionnalité d’un microphone. La conductivité du diaphragme/capsule est directement proportionnelle à l’efficacité du microphone en tant que transducteur.

L’aluminium, l’or et le cuivre sont les trois matériaux conducteurs les plus courants utilisés dans les diaphragmes de microphone.

Les diaphragmes à bobine mobile n’ont pas besoin d’être conducteurs. Cependant, la bobine qui y est attachée doit l’être. Le cuivre est le matériau utilisé dans ce cas.

Les diaphragmes à ruban sont généralement fabriqués en feuille d’aluminium. Ils auront au minimum un revêtement d’aluminium ou d’or s’ils ne sont pas fabriqués à partir d’une feuille d’aluminium.

Les diaphragmes de condensateur sont généralement fabriqués à partir d’un film de polyester avec de l’or ou un matériau électret posé par-dessus pour des raisons de conductivité.

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