ÉLECTRO-ACOUSTIQUE
Microphones
Les microphones sont des transducteurs électro-acoustiques destinés à transformer l'énergie acoustique en énergie électrique, mais cette définition n'est pas suffisante : il faut ajouter que ce sont des capteurs, c'est-à-dire des appareils destinés exclusivement à opérer comme des sondes. On place un capteur en un point bien déterminé de l'espace pour savoir ce qui se passe en ce point ; mais, idéalement, il faudrait que le fait de placer le capteur en ce point ne modifie en rien les phénomènes qui s'y produisent ; cela exige deux conditions :
– que le capteur ne prélève qu'une part tout à fait négligeable de l'énergie contenue dans l'espace étudié ;
– que sa présence ne perturbe pas la forme des phénomènes physiques observés.
La première de ces deux conditions est aisément remplie par le microphone. La deuxième, par contre, est infiniment plus difficile à satisfaire, et c'est là le problème essentiel du microphone : par sa seule présence matérielle, il perturbe notablement la forme des ondes acoustiques en son voisinage, de sorte qu'il est évidemment impossible, en toute rigueur, de savoir ce qui se passait au point considéré avant que l'on n'y place le microphone : c'est le phénomène de diffraction.
La diffraction
Le phénomène de diffraction en acoustique présente évidemment des analogies profondes avec le phénomène connu sous le même nom en optique. Toutefois, là aussi, la différence fondamentale entre l'optique et l'acoustique réside dans le double fait suivant : en optique visible, la gamme des longueurs d'onde est restreinte à une octave alors que, en acoustique, elle s'étend sur dix octaves ; en optique, les longueurs d'onde sont toujours infiniment petites par rapport aux dimensions géométriques des obstacles matériels rencontrés, alors que, en acoustique, c'est exactement le contraire : les longueurs d'onde des sons audibles sont soit plus grandes, soit – c'est même le cas le plus fréquent – du même ordre de grandeur que les dimensions des obstacles matériels rencontrés. Si les phénomènes de diffraction sont donc analogues dans leur principe, on conçoit que les lois pratiques qui les régissent soient assez différentes.
Ainsi, les effets de diffraction en acoustique restent négligeables tant que la longueur d'onde du son reste supérieure à dix fois la plus grande dimension du corps matériel considéré.
Les équations de la diffraction conduisent à considérer qu'un corps matériel placé dans le champ d'ondes acoustiques se comporte comme une source sonore fictive qui crée son propre champ acoustique, et c'est la superposition de ces deux champs, incident et diffracté, qui crée le champ acoustique résultant.
L'hypothèse de base qui sert au calcul d'un champ diffracté est, dans son principe, très simple ; c'est une condition aux limites imposée au champ acoustique par la mécanique des fluides. On écrit que, au voisinage immédiat de la surface d'un corps solide, les particules du fluide – ici, en général, l'air – ne peuvent se déplacer que tangentiellement à cette surface. Cela étant, le calcul théorique des effets de diffraction, qui doit tenir compte à la fois de la forme et de l'angle d'incidence des ondes acoustiques incidentes d'une part, de la forme et des dimensions de la surface de l'obstacle d'autre part, devient rapidement inextricable dès que l'on s'écarte de quelques cas très simples.
Lord Rayleigh
Wellcome Collection ; CC0
Partant de l'étude de la diffraction par une petite surface plane rigide élémentaire dS, plusieurs auteurs (lord Rayleigh en 1894, repris par Ballantine en 1928, Stenzel en 1938 et Schwarz en 1943) ont étudié mathématiquement la diffraction produite dans un champ d'ondes progressives sphériques par une sphère. Wiener[...]
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Écrit par
- Éric de LAMARE : ingénieur en chef à télédiffusion de France, chef du département Image et son à l'Ecole nationale supérieure des télécommunications
Classification
Médias
Grandeurs électriques, mécaniques et acoustique
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Bobine mobile
Encyclopædia Universalis France
Microphone à charbon
Encyclopædia Universalis France
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