Comment mesurer la directivité d'un micro canon

Description de la directivité

La directivité des microphones directionnels de premier ordre, tels que cardioïde large, cardioïde, super cardioïde, etc., est décrite en utilisant la forme du diagramme polaire. Ce schéma est censé rester relativement constant à toutes les fréquences, bien que cela ne soit pas toujours parfait dans la pratique. Néanmoins, cette constance à travers les fréquences est l'objectif recherché par les fabricants.

Figure : Diagrammes polaires de 1er ordre en présentation logarithmique (échelle en dB).

Un diagramme polaire est enregistré dans des conditions anéchoïques (sans réflexion) en montant le microphone sur un plateau tournant spécial. Un générateur de sons crée le signal de test via un haut-parleur aligné à la même hauteur que le microphone. Pendant la rotation du microphone, le signal de sortie est enregistré en continu, par exemple, à des intervalles de 5°.

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

Il existe deux méthodes pour mesurer un diagramme polaire. La première consiste à utiliser des sons purs (ondes sinusoïdales) à une fréquence spécifique. La seconde méthode de mesure consiste à faire la moyenne d'un certain nombre de fréquences dans une plage donnée, soit par bande d'octave soit par bande de tiers d'octave.
Il est également possible de mesurer un diagramme polaire en utilisant des sons spécifiques, tel que le bruit rose, qui contient toutes les fréquences produites simultanément. Ensuite, ces fréquences sont filtrées par bandes d'octave ou de tiers d'octave pour l'analyse.
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 examinant les diagrammes polaires de premier ordre, on peut observer le lobe frontal ainsi qu'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 sur les fréquences élevées lorsque nous examinons la réponse des microphones équipés d’un tube à interférences. 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, surtout pour les microphones canon. Les tracés moyens sont plus représentatifs de la réalité. Cependant, cela relève aussi de la préférence et de la pratique, à condition d'être conscient 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)

En plus des diagrammes polaires, d'autres termes utilisés pour décrire la directivité comprennent le facteur de distance, le facteur de directivité et l'indice de directivité. Bien que l'utilisation de ces trois termes puisse sembler déroutante, ils prennent tout leur sens lorsqu'on les examine de près.
 
Facteur de distance Le facteur de distance (DSF) décrit approximativement la distance à laquelle un microphone directionnel peut être placé par rapport à un microphone omnidirectionnel tout en maintenant le rapport entre le champ direct et le champ diffus. Il représente essentiellement la "portée" d'un microphone dans un environnement réverbérant.

Imaginez une source sonore et un microphone dans une pièce. Si la distance entre la source sonore et un microphone omnidirectionnel est de 1, alors un microphone cardioïde peut être placé à une distance de 1,73 fois celle 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.

Dans ce cas, 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 équipés d’un tube à interférences

Le microphone doté d’un tube à interférences est principalement constitué d'un élément cardioïde de premier ordre et d'un tube. En principe, la directivité de l'élément cardioïde reste constante en fonction de la fréquence, tandis que celle du tube à interférences augmente avec la fréquence. En général, les tubes à interférences plus longs offrent une directivité accrue. Cependant, la densité de la maille joue également un rôle fondamental dans cette caractéristique. C'est pourquoi, bien que le Micro canon 2017 soit plus court que les autres modèles, il maintient néanmoins une directivité élevée grâce à sa densité de maille optimisée.

Figure 7 : Réponse théorique de directivité d'un shotgun (courbe noire) ; ici, un hypercardioïde (courbe bleue) combinée avec un tube à interférences (courbe rouge).

Les microphones canon affichent une directivité qui varie avec la fréquence. Par conséquent, il est délicat d'attribuer une directivité à un shotgun en se basant sur des diagrammes polaires standards, tels que le supercardioïde. Ce terme ne serait valable que jusqu'à une certaine fréquence. Il est donc préférable d'exprimer la directivité sous forme d'indice de directivité (DI) en fonction de la fréquence, que ce soit sous forme de courbe ou de valeurs numériques.

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 différentes méthodes pour spécifier la directivité des microphones.

Les microphones standard de premier ordre sont généralement décrits par leur diagramme polaire (cardioïde, supercardioïde, etc.), car leur directivité reste relativement constante en fonction de la fréquence. Pour ces micros, il est facile de lire le diagramme polaire et de déterminer l'angle d'acceptation.

En revanche, les microphones canon - ou microphones dotés d’un tube à interférences - sont mieux décrits par l'indice de directivité (DI), car leur directivité augmente à partir d'une certaine fréquence.