C'est la question que l'on m'a souvent posée avant de faire
un choix, dans la mesure où ces trois types de micros sont des transducteurs fonctionnant suivant le principe du condensateur.
Mais, au fait, quel est donc ce principe ?On pourra se reporter à la page prise de son dans laquelle on raconte l'histoire des micros électrostatiques. Le principal élément, la capsule, est une boîte métallique ronde, faisant office d'électrode fixe, fermée d'un côté par une membrane qui peut être en métal très mince ou en matière plastique recouverte d'une couche d'or ou d'aluminium. Bien entendu, cette membrane est isolée de la boîte sur tout son pourtour. On crée ainsi un condensateur dont l'isolant (appelé la diélectrique) est formé par la couche d'air à la place du mica, du papier, du polystyrène ou de la céramique, isolants habituels des condensateurs fixes.
Schéma de principe très simplifié d'une capsule à condensateur.
Ici, le symbole de la pile représente la tension de polarisation.
Dans la réalité, la structure de l'électrode fixe est plus complexe
pour des raisons acoustiques et il existe un petit orifice pour
égaliser la pression interne avec la pression externe
sinon la capsule se transformerait en baromètre.
Dans le cas d'un modèle cardioïde à gradient de pression,
c'est l'électrode arrière qui est percée de trous.Cela rappelle les premiers condensateurs variables des anciens postes de radio dont les lames venaient s'encastrer les unes dans les autres sans se toucher. Les lames impaires étaient fixes tandis que les lames paires, commandées par un bouton, permettaient de faire varier la capacité et
de choisir les stations (Poste parisien, BBC, Radio Luxembourg, etc.) reçues par l'appareil.
Dans les micros, la membrane se rapproche et s'écarte de l'électrode
fixe sous la pression des ondes sonores, modifiant ainsi la charge
du condensateur. Les variations de capacité se transforment en
variations de tension en suivant le même rythme que les
mouvements de la membrane. Elles sont recueillies et
amplifiées par la lampe (ou les transistors) du préamplificateur.Les premiers modèles, expérimentés par les américains Wente et Crandall puis fabriqués en Allemagne par Georg Neumann à partir de 1928, utilisaient une lampe triode qui venait d'être inventée par
Lee de Forest en 1907.
L'une des premières "triodes" de Lee de Forest
(Collection Marcel Cocset - Photo C. Gendre)La lampe servait à la fois d'amplificateur et d'adaptateur d'impédance. En effet, l'impédance du condensateur est de l'ordre du gigaohm ce qui nécessite une conversion pour adapter cette impédance à celle de
l'entrée microphone (de 50 à 600 ohms).
Mais l'encombrement de la triode et des circuits électroniques était encore trop important, même en reportant à l'extérieur
l'alimentation nécessaire :a) au filament (basse tension),
b) à la haute tension (plusieurs centaines de volts),
c) à la polarisation (entre 40 et 130 volts).C'est pourquoi, dès l'apparition des semi-conducteurs, les fabricants ont remplacé le tube par des transistors qui ne nécessitent qu'une tension réduite pour fonctionner.
Micro électrostatique AKG "SolidTube"
(Document AKG)On dispose donc aujourd'hui :
- de microphones électrostatiques à tube puisque les ingénieurs du son les réclament en raison de leur qualité et du son "plus chaud" qu'ils procurent,
- de microphones électrostatiques à transistors dont les dimensions peuvent être très réduites (elles dépendent du diamètre de la capsule),
- et enfin de microphones à électrets dont la technologie est différente.Les micros à électrets :
Détruisons tout de suite une légende, souvent entretenue de nos jours. Le transistor qui se trouve dans le corps tubulaire des micros à électrets n'est pas un préamplificateur mais simplement un adaptateur d'impédance.
Ce qui explique qu'il soit alimenté par une petite pile, souvent du type bouton ou AA dont la durée de vie est assez longue puisque la consommation de cet unique transistor est très faible. S'il s'agissait d'un préamplificateur, il faudrait prévoir plusieurs transistors qui nécessiteraient une alimentation beaucoup plus importante.
Micro à électrets ouvert. On voit la pile de 1,5 volt
qui tient facilement à l'intérieur du tube.
(Photo C. Gendre)Le mot "electrets" (sans accent) est un mot anglais qui a été francisé avec un accent (cf.dictionnaire). Le principe des électrets a été mis en évidence par deux physiciens, Schodder et Schroeder en 1954. Ils avaient constaté que certains corps comme la cire de carnauba et les matières plastiques, téflon ou mylar (c'est le nom
donné au polyester pré-étiré), conservaient une charge après avoir
été soumis pendant un certain temps à un champ électrique élevé
dans une température donnée
Ce furent ensuite deux savants russes, Gukkin et Kopanyev, qui reprirent cette idée en 1960 mais ce n'est qu'à partir de 1962 que G.M.Sessler, attaché à la société Bell Telephone Laboratory, commença à utiliser la propriété des électrets pour fabriquer des microphones sans tension de polarisation venant de l'extérieur.Un microphone à électrets possède une capsule comme tous les autres microphones à condensateur. Mais sa membrane en matière plastique a été placée dans un four spécial qui la chauffe à une température comprise entre 120 et 230 degrés centigrades pendant qu'elle est soumise à un champ électrique pouvant aller jusqu'à 10 000 volts. La température est ensuite abaissée progressivement jusqu'à 15 degrés centigrades avant que l'on supprime le champ électrique.
Four spécial utilisé dans l'usine Beyer de Heilbronn
pour l'électrisation des micros back-electrets.
(Photo C. Gendre)On constate alors que la feuille de plastique servant de membrane conserve une polarisation permanente qui, néanmoins, diminuera peu à peu dans le temps. Plus ou moins d'ailleurs suivant le degré d'humidité du lieu où le micro sera employé (attention aux pays chauds, aux piscines et aux salles de bain...!). On ne peut pas garantir la longévité d'un microphone à électrets puisqu'il n'y a pas 40 ans qu'ils ont été fabriqués. Il y a 25 ans, l'un des premiers microphones à électrets que j'ai utilisé a perdu assez rapidement sa polarisation mais le fabricant
l'a échangé sans problème.
Afin d'augmenter la durée de vie, les ingénieurs ont eu l'idée de
polariser l'électrode fixe au lieu de la membrane puisque la masse
est plus importante. Cela devrait logiquement permettre de
conserver plus longtemps la charge. C'est le cas actuellement
pour tous les micros que l'on appelle "back-electrets".
On dit d'ailleurs maintenant qu'ils sont pré-polarisés
(pre-polarized en anglais).La qualité sonore des uns et des autres :
Incontestablement, mesures et tests d'écoute à l'appui, les meilleurs micros sont les modèles à polarisation externe, qu'ils soient à tube
ou à transistors, à grande ou à petite capsule. Les membranes de
grand diamètre permettent une meilleure reproduction des fréquences graves avec une courbe droite jusqu'à 20 hertz sans affaiblissement.
Par contre, dans l'aigu, ils ont souvent une légère bosse vers
10 000 hertz qui donne un effet de "présence" parfois recherché.
Les membranes de petit diamètre ont une courbe plus linéaire dans
le haut du spectre mais le son est plus froid, plus analytique.
On remarquera que la plupart des modèles à tube
ont des membranes de 1 pouce de diamètre (25,4 mm).
Grâce au préamplificateur incorporé, leur niveau de sortie
est élevé. Il peut dépasser 20 mV/Pa à 1000 hertz mais
un atténuateur est toujours disponible sur le micro.Les micros à électrets - qui n'ont pas de préamplificateur incorporé et n'ont pas besoin de recevoir une tension de polarisation - ont un
niveau de sortie un peu plus faible (il se situe entre 3 et 15 mV/Pa).
Il faut savoir aussi que les transducteurs pré-polarisés ont souvent
un bruit de fond propre un peu plus élevé que celui des micros électrostatiques traditionnels. En revanche, ils sont plus
faciles à fabriquer et beaucoup moins chers. La courbe
de réponse est en général moins régulière que celle des
modèles à polarisation, avec une remontée dans les
fréquences aiguës. Mais certains fabricants ont
cherché à les améliorer et quelques modèles du marché
peuvent rivaliser aujourd'hui avec les micros classiques.
Micros back-electrets Beyer MCE 93 avec leurs courbes de réponse
relevées en chambre anéchoïque (chambre sourde).
(Photo C. Gendre)Le choix à faire dépend donc du prix, de la qualité que l'on veut obtenir et du genre de musique que l'on doit enregistrer. Seuls, de nombreux essais et la comparaison des caractéristiqures et des courbes de
réponse pourront les départager.© C.Gendre