Introduction à la configuration XY utilisant des microphones directionnels MEMS
Par Charley Beeman
2023-08-24
Un microphone dipôle unique enregistre le son le long d'un axe et rejette les sons provenant des côtés et du haut. Cette solution est idéale lorsque la direction de l'utilisateur est fixe, mais la combinaison de deux microphones directionnels dans une configuration "XY" permet de répondre à un plus large éventail d'utilisations. La configuration XY consiste à prendre deux microphones directionnels et à les orienter orthogonalement. En utilisant cette paire de microphones, le logiciel peut identifier la direction d'arrivée (DOA) d'un son, diriger un faisceau sur 360° et enregistrer un son stéréo de haute qualité avec une large scène sonore et une imagerie précise.
La configuration XY
Pour disposer deux microphones dipôles en configuration XY, il faut les aligner de manière à ce que les dipôles soient orthogonaux l'un par rapport à l'autre, comme indiqué ci-dessous. Les microphones doivent être aussi proches que possible l'un de l'autre.
Cette configuration peut être intégrée dans des boîtiers très compacts. Vous trouverez ci-dessous une image de la paire XY de notre kit de développement Horizon et un joint qui inclut cette configuration XY avec un microphone omnidirectionnel supplémentaire. L'ajout d'un microphone omnidirectionnel permet de créer différents motifs polaires tels que les cardioïdes et les hypercardioïdes. Pour plus d'informations, consultez notre article sur la création de différents motifs polaires.
Le diagramme de rayonnement des deux dipôles qui se chevauchent est illustré ci-dessous dans la figure 2. Avec deux dipôles, l'ensemble du champ sonore sur 360° est capté. Dans cette configuration XY, un microphone Soundskrit est orienté de manière à capter le son dans la direction "X", tandis qu'un second microphone capte le son dans la direction "Y", comme sur une grille de coordonnées.
Comme beaucoup d'autres phénomènes physiques, les ondes sonores sont un vecteur qui se propage dans une direction spécifique qui peut être décomposée en composantes qui se déplacent dans la direction "X" et en composantes qui se déplacent dans la direction "Y". Un exemple est illustré ci-dessous.
Direction de l'arrivée
Avec deux microphones Soundskrit mesurant les composantes "X" et "Y" de l'onde sonore, la configuration XY peut caractériser entièrement la direction de propagation d'une onde sonore. Par exemple, une onde sonore se propageant à partir d'un angle de 45° par rapport aux microphones aura une quantité égale d'énergie dans la direction "X" et dans la direction "Y". Les deux microphones Soundskrit recevront des signaux de même amplitude. En revanche, si l'onde sonore arrivait d'un angle de 15°, sa composante "Y" aurait une amplitude 3,8 fois supérieure à l'amplitude de sa composante "X". En comparant les amplitudes relatives entre les deux microphones, il est possible de déterminer la direction d'où provient l'onde sonore.
Pilotage par faisceau
De même, les signaux de la configuration XY peuvent être recombinés pour produire un nouveau motif dipolaire orienté dans une direction différente. Ceci peut être utilisé pour orienter la direction d'écoute effective des microphones vers un angle désiré et se fait par simple addition des signaux des deux microphones. Par exemple, la somme des signaux des microphones "X" et "Y", avec une pondération égale, crée un motif polaire dipolaire orienté à 45°. Mais en pondérant le microphone "Y" 3,8 fois plus que le microphone "X", on obtient un dipôle orienté à 15°. L'outil ci-dessous montre l'échelle des microphones "X" et "Y" à côté de la direction du faisceau. Les lobes avant et arrière d'un dipôle ont une polarité opposée. Par convention, le lobe positif correspond donc au lobe avant. L'outil ci-dessous permet de visualiser l'orientation du faisceau lorsque le rapport entre les deux est ajusté.
Enregistrement stéréo
Les enregistrements sonores stéréo comportent un canal gauche et un canal droit afin de reproduire notre audition directionnelle naturelle qui nous permet de savoir d'où viennent les sons et à quelle distance se trouve la source. La difficulté pour l'électronique grand public réside dans le fait que les méthodes d'enregistrement stéréo professionnelles nécessitent un équipement de grande taille ou beaucoup d'espace entre les microphones. Pour enregistrer la stéréo en direct, les ingénieurs du son professionnels utilisent plusieurs techniques différentes, qui nécessitent toutes des microphones directionnels. La configuration XY est basée sur la technique d'enregistrement par paires de Blumlein et permet d'adapter les techniques d'enregistrement professionnelles à la taille des appareils électroniques grand public. Pour entendre une démonstration d'enregistrement stéréo à l'aide de microphones MEMS directionnels, écoutez cette vidéo où Carly Stalder et Stéphane Leahy, de Soundskrit, interprètent une chanson. Cette vidéo compare l'enregistrement stéréo à l'aide de deux microphones omnidirectionnels et de microphones MEMS directionnels :