Microphone, enceintes acoustiques, casque audio

Quand une bobine est déplacée au voisinage d’un aimant (ou le contraire), une tension électrique apparaît à ses bornes. C’est le phénomène d’induction magnétique.


Ce phénomène est utilisé par le microphone électrodynamique, dont la finalité est de convertir un son en un signal électrique. Dans ce type de microphone, l’onde acoustique passant à travers la grille vient mettre une membrane en vibration. Cette membrane est solidaire d’une bobine. Comme celle-ci est placée au voisinage d’aimants permanents, son déplacement va générer une tension électrique à ses bornes. Ainsi, le signal électrique produit est l’image de l’onde acoustique reçue.


Le microphone électrodynamique est très courant, mais il existe des variantes ou d’autres types basés sur d’autres phénomènes physiques, comme le microphone piézoélectrique.
La piézoélectricité est l’apparition d’une tension électrique aux extrémités d’un cristal piézoélectrique subissant une contrainte mécanique, comme l’action d’une onde acoustique.
La réciproque est vraie : appliquer une tension électrique au cristal cause sa déformation. Le phénomène est évoqué dans les fiches "Visualiser expérimentalement des atomes et des molécules" et "Application des ondes acoustiques : le sonar et l’échographie".

Une bobine est placée au voisinage d’un champ magnétique produit par un aimant permanent. Quand une tension électrique est appliquée aux bornes sur la bobine, celle-ci génère son propre champ magnétique, qui va faire que la bobine va être attirée ou repoussée par l’aimant, selon le signe de la tension appliquée. La force résultant de cette interaction, et responsable du mouvement, est nommée force de Laplace.


Grâce à cette force, un haut parleur électrodynamique convertit un signal électrique en un signal acoustique. Dans un haut-parleur, une bobine est placée au voisinage d’aimants. Quand on lui envoie le signal électrique, la bobine va se déplacer selon l’axe du noyau (axe gauche/ droite sur le schéma). La bobine est liée à une membrane, qui va transmettre la vibration à l’air environnant, c'est-à-dire produire une onde acoustique.

Quelle que soit la technologie employée, l’oreille est le récepteur acoustique arrivant en bout de chaîne. Il faut donc prendre en compte son fonctionnement ( fiche "Voix, acoustique physiologique" et "Isolation phonique" ).

Sa perception étant logarithmique, cela justifie l’introduction du niveau d'intensité sonore L, en décibel (dB), associé à l’intensité acoustique I d’un son, en , selon la relation . Le terme est l’intensité acoustique de référence, et vaut (seuil d'audibilité).

En électronique/ électricité, le décibel est également employé, afin de comparer des puissances (électriques, acoustiques ...) pouvant varier selon plusieurs ordres de grandeur.

On définit le gain G entre deux puissances et comme : ou avec , la puissance "de référence", définissant une origine de l’échelle des décibels.

Un gain de 0 dB signifie que la puissance P du signal est égale à la puissance de référence . Un gain de -5 dB veut dire que la puissance du signal est atténuée de 5 dB, et vaut de la valeur de référence.

Pour évaluer les performances des capteurs ou émetteurs acoustiques, des tests sont pratiqués en chambre anéchoïque acoustique ( voir fiche "Réverbération acoustique: auditorium, salle sourde").

Certains critères sont étudiés comme :

• La bande passante. Toutes les fréquences ne sont pas traitées avec la même efficacité par un capteur/ émetteur acoustique. La courbe de réponse d’un microphone est un graphe semi-logarithmique faisant apparaître le gain fonction de la fréquence. Pour cet appareil, il est courant de choisir le gain à 1000 Hz comme gain de référence (0 dB) :


Pour un haut parleur, on utilise souvent le niveau d’intensité sonore à la place du gain, mais le principe reste le même (axe vertical en dB).

La courbe définit un domaine en fréquence où les valeurs en dB sont est assez fortes pour être significatives. C’est la bande passante, qui indique quelles fréquences sont utilisables par le transducteur. Les valeurs données au 2.a correspondent aux bornes inférieures et supérieures des bandes passantes des trois types de haut-parleurs.

• La directivité. Pour une fréquence donnée, un microphone ne présente pas forcément la même efficacité si le son perçu est capté avec un certain angle par rapport à son axe. De même avec un haut parleur, le son émis n’a pas toujours la même puissance selon toutes les directions de l’espace. On dit alors qu’ils sont directifs. Cette notion s’étudie avec un diagramme de directivité, faisant apparaître le gain fonction de l’angle selon lequel le son est capté/ émis.


Le gain de référence (0 dB) est celui pour un angle de 0° (selon l’axe du microphone/ haut-parleur). Les graphes ci-dessus présentent des situations fréquemment rencontrées pour des microphones. Par définition, un transducteur omnidirectionnel capte/ émet de la même manière selon toutes les directions.

La directivité est liée à la fréquence. Les diagrammes de directivité professionnels font apparaître plusieurs courbes sur un même graphe, chacune correspondant à une fréquence.