La taille du microphone, un facteur important (GRAS)

Dans tout scénario de mesure, l'équipement de mesure et l'environnement de mesure interagissent de deux manières. La première, et la plus simple, est la façon dont le microphone "ajoute" des données à l'environnement ; la seconde est la façon dont le microphone "extrait" des données de l'environnement. La taille a également un impact important dans les deux sens.

Quel est l'impact du microphone sur l'environnement de mesure ?

Lorsqu’on jette un galet sur un plan d’eau, des ondes se forment en surface du liquide. Si un objet (comme une brindille ou une feuille) se trouve sur le chemin de l’onde, celle-ci est déviée ou amortie. Cela provoque des perturbations de  l'onde initiale. Il en est de même pour un microphone (le « galet ») placé dans un champ acoustique (« surface de l’eau ») : tout objet physique disposé dans un champ acoustique perturbera la propagation des ondes dans ce champ ce qui influencera la pression acoustique en ce point. Ainsi, lors d'une mesure visant à obtenir des données précises et valides, il faudra tenir compte de l’influence des microphones de mesure eux-mêmes car ils sont, eux aussi, des objets physiques de tailles et de formes différentes.

Comment l'environnement influence-t-il le microphone de mesure ?

Cette influence, qui dépend du type de champ acoustique, est prise en compte dans la conception de chaque microphone. Les réponses du microphone sont optimisées pour compenser l'influence de l'environnement de mesure. Ainsi, si le microphone est utilisé dans le champ sonore prévu, il fournira une réponse uniforme... jusqu'à un certain point.

Mais ces considérations de conception ne sont valables que dans un champ sonore parfait, et en utilisant un microphone à champ libre par exemple, même si la mesure est effectuée dans un environnement vraiment sans réflexion, tout microphone à champ libre sous-estimera les ondes sonores qui n'arrivent pas directement perpendiculairement à la membrane du microphone. Pour aggraver les choses, cet effet est amplifié par l'augmentation de la taille physique de la membrane du microphone.

Aux basses fréquences, la sous-évaluation est négligeable, mais à partir de 2 kHz environ, on peut déjà l'observer facilement. Cependant, la divergence significative commence réellement aux alentours de 10 kHz. À 20 kHz, un microphone à champ libre ½" sous-estimera la puissance sonore d'une onde sonore à incidence de 90° de près de 10 dB ; alors qu'un microphone à champ libre ¼" ne sous-estimera la puissance sonore que d'environ 3 dB.

Cela signifie que dans un scénario de mesure réel, il est toujours préférable de mesurer avec un microphone de plus petite taille. Et en plus des données de niveau de pression acoustique plus précises, la réduction de la taille du microphone réduira les réflexions et les perturbations, offrant moins d'erreurs de mesure et une incertitude plus faible.

Tracé polaire montrant l'avantage que présentent les microphones à champ libre ¼" pour les angles d'incidence non 0°.

Ceci est particulièrement critique lorsque les sons proviennent de différentes directions ou lorsque plusieurs sources sonores sont présentes. Par exemple, lors de mesures en cabine, où les réflexions et les perturbations sont nombreuses, les avantages physiques d'un microphone ¼" constituent un moyen efficace de réduire l'incertitude de mesure.

Dans les mesures in situ, comme, par exemple, dans l’habitacle d’une voiture, l'angle d'incidence sera aléatoire, ce qui donne, de fait, un avantage non  négligeable aux microphones ¼".

Cependant, il n'existe pas de microphone magique qui soit parfait pour tous les scénarios de mesure possibles. Les microphones de diamètre plus petit ont, en hautes fréquences, un avantage inhérent à leur taille par rapport aux microphones plus grands. De la même manière, ils sont également moins sensibles aux petites variations de pression. Cela signifie que les microphones à diaphragme plus petit seront moins susceptibles d'être utilisés pour des signaux de très faible amplitude.

Cela ne veut pas dire qu'un microphone ¼" ne peut, ou ne doit pas, être utilisé dans un scénario de mesure de niveau de niveau acoustique plus faible. Tout comme il existe des microphones ¼" qui repoussent les limites à des fréquences plus élevées, il existe également des microphones ¼" qui sont conçus pour être utilisés à des niveaux de puissance sonore plus faibles.

Pour étendre l'utilité des ¼" microphones, de nombreux producteurs de microphones ont passé beaucoup de temps à concevoir des ¼" microphones à faible bruit. Actuellement, les microphones ¼" de la marque GRAS ont les bruits de fond les plus bas de la gamme des microphones ¼". Parmi eux,  le kit 46BL ¼" haute sensibilité revendique le titre de "bruit de fond le plus bas de l'industrie", qui, avec 25 dB(A), est à peine supérieur de 10 dB à celui d'un microphone ½" typique. La différence entre les autres microphones ¼" et le 46BL est immédiatement apparente.

GRAS 46BL, GRAS 46BE, GRAS 46BD.

(Par Kim Boldt, GRAS)