Introduction aux réseaux de microphones de bord de mer

Vous êtes-vous déjà demandé comment votre téléviseur ou votre enceinte intelligente pouvait entendre clairement votre voix, même en présence de bruits de fond tels que les aboiements d'un chien ? Ce son directionnel est possible grâce à la disposition des microphones. Dans cet article, nous allons découvrir le concept des réseaux de microphones larges et leur rôle dans les microphones MEMS, qui permettent une capture sélective du son à partir d'une source spécifique. Pour illustrer le fonctionnement de ces réseaux, prenons l'exemple d'une personne qui parle à son téléviseur.

Un réseau de microphones latéraux est une configuration qui utilise plusieurs microphones placés côte à côte pour améliorer la directionnalité et obtenir une capture sonore plus ciblée. Cette technique, connue sous le nom de formation de faisceau, consiste à espacer stratégiquement les microphones afin d'amplifier le signal provenant d'une direction spécifique. Dans cette configuration, les microphones sont disposés de manière à ce que leurs diagrammes de captation soient dirigés perpendiculairement à l'axe de la matrice. Pour simplifier l'explication, nous prendrons l'exemple de deux microphones.

Fréquence et conception des réseaux

Dans cet exemple, nous observons une personne qui parle à la télévision en utilisant un réseau de microphones latéraux composé de deux microphones spécialement disposés pour obtenir un son directionnel provenant de l'avant de la télévision. Dans ce scénario, l'objectif est que les deux microphones capturent les ondes sonores en parfaite synchronisation, ce qui se traduit par un doublement de l'amplitude du son souhaité. Cela signifie que le son provenant de la direction voulue doit être amplifié plus fortement que les sons provenant de la droite ou de la gauche. En effet, lorsque les signaux sonores sont identiques, leur addition entraîne un doublement de l'amplitude. Comme en mathématiques, lorsque vous avez deux éléments identiques, comme 1+1, le résultat est 2. Dans le cas d'un réseau de microphones latéraux, cela signifie que la combinaison de deux formes d'onde identiques les amplifie en une seule forme d'onde d'une amplitude deux fois supérieure. Par conséquent, alors que l'environnement immédiat peut sembler tout aussi bruyant, le réseau de microphones capte effectivement un signal d'onde plus fort provenant de l'avant du téléviseur.

Examinons maintenant ce qui se passe avec l'audio directionnel lorsque l'onde sonore atteint les microphones alors qu'ils ne sont pas synchronisés. Dans notre exemple de deux microphones disposés pour une capture directionnelle depuis l'avant du téléviseur, imaginons que la personne qui parle se trouve maintenant à gauche du téléviseur, et non plus devant. Lorsque la personne parle au téléviseur depuis le côté gauche, les ondes sonores qu'elle crée atteignent d'abord le microphone gauche, puis le microphone droit. Ce décalage dans l'arrivée de la longueur d'onde entraîne une désynchronisation des microphones, qui captent alors des formes d'onde différentes. Ce décalage est dû au fait qu'un microphone capte le signal à un moment différent, ce qui annule l'effet de doublement. L'équation n'est plus 1+1 car les formes d'onde sont inégales, ce qui fait que l'amplification de l'onde sonore n'est pas doublée. Cela prouve que le réseau large fonctionne, car il peut capter un signal plus fort à l'avant du téléviseur lorsque les microphones sont synchronisés, ce qui amplifie effectivement le son souhaité.

Bien que les réseaux de microphones larges fournissent un son directionnel, ils présentent certains défis. Lors de la création d'un réseau de microphones, l'espacement entre les microphones est une considération importante qui peut créer des effets dépendant de la fréquence. Les fréquences élevées, comme le gazouillis d'un oiseau, produisent des longueurs d'onde plus courtes, tandis que les fréquences plus basses, comme les basses, produisent des longueurs d'onde plus grandes. Des microphones placés très près les uns des autres peuvent capter efficacement les sons les plus aigus, mais peinent à bloquer les basses fréquences provenant de directions non désirées. Inversement, un espacement plus important entre les microphones peut fournir un son directionnel aux sons de basse fréquence de manière efficace, mais rencontrer des difficultés avec les sons de haute fréquence. Le réseau de microphones latéraux peut fournir un son directionnel, mais seulement pour une bande passante limitée de sons. L'endroit du spectre audio où le réseau fournit la directivité dépend de l'espacement choisi entre les deux microphones. Ce défi souligne l'importance de sélectionner avec soin l'installation d'un réseau de microphones latéraux, en fonction des fréquences qui nécessitent une formation de faisceau efficace. Faut-il se concentrer sur la capture des basses fréquences, des moyennes fréquences ou des hautes fréquences ?

Pour étudier l'influence de l'espacement sur la directivité des réseaux de microphones, vous pouvez réaliser des expériences à l'aide du tableau interactif ci-dessous. Il suffit d'ajuster le curseur pour modifier la distance entre deux microphones omnidirectionnels dans une configuration large. Au fur et à mesure que vous effectuez des modifications, le graphique affiche dynamiquement des diagrammes polaires visualisés, illustrant l'impact sur la directivité à différentes fréquences. Prenez note, lorsque vous modifiez l'espacement, de l'amélioration de la directivité dans les basses fréquences, car elle peut affecter les performances dans les hautes fréquences, et vice versa. L'objectif est de trouver l'espacement idéal qui garantisse une directivité exceptionnelle sur l'ensemble du spectre de fréquences. Il se peut que vous trouviez cela difficile !