Microphones

Le microphone (en anglais microphone) ouvre toute chaîne audio : il transforme la vibration de la pression de l'air — voix, guitare, tambour — en une tension de l'ordre du millivolt. C'est l'inverse exact du haut-parleur, la même membrane parcourue en sens inverse. Cette page démonte les trois technologies — dynamique, électret, condensateur — et les niveaux qui rendent le préampli obligatoire.

1. C'est quoi ?

Un microphone est un transducteur électroacoustique : il convertit une variation de pression de l'air en variation de tension. L'air oscille entre 20 Hz et 20 kHz ; l'image électrique suit, positive quand la pression monte, négative quand elle redescend. L'organe capteur, la membrane ou diaphragme (diaphragm), est un disque souple qui bouge de quelques micromètres au passage du son.

La parenté avec le haut-parleur n'est pas une image : c'est la même physique — sur un banc, un haut-parleur branché comme micro capte la parole. Seul le sens change : lui reçoit une tension et produit une pression ; le micro reçoit une pression et produit une tension.

On en croise partout : capsule de moins d'un euro dans chaque téléphone et ordinateur, micro dynamique du karaoké, gros condensateur des studios, interphones, dictaphones, micros-casques.

Le point qui étonne toujours : la sortie se mesure en millivolts — 1 à 3 mV à voix forte. Sur une entrée ligne ou l'ADC d'un microcontrôleur, il se fait à peine entendre : il faut un préampli qui multiplie sa sortie par cent à mille. Et l'impédance : une charge incompatible rogne les aigus.

Trois familles se partagent le terrain : la dynamique (bobine mobile dans un aimant, sans alimentation, pour la scène), l'électret (plaquette prépolarisée et transistor intégré, quelques centimes) et le condensateur studio (plaques polarisées par le 48 V fantôme du câble XLR, fidèle mais fragile).

2. Comment ça marche ?

Toutes font le même travail : une membrane suit la pression de l'air, puis un dispositif traduit son déplacement — quelques micromètres — en tension. Les familles ne diffèrent que par ce traducteur.

La dynamique (bobine mobile). Une bobine de cuivre, solidaire de la membrane, est suspendue dans l'entrefente d'un aimant permanent. Quand la membrane vibre, la bobine coupe les lignes de champ : c'est l'induction, la même loi que dans les bobines.

U = B × l × v

Ce micro est un générateur : sans pile, impédance basse (150 à 600 Ω), parfait pour de longs câbles. Contrepartie : la membrane entraîne sa bobine, plus lourde — les aigus en pâtissent.

L'électret. La membrane est une plaquette de fluoropolymère chargée en usine : la charge y reste des décennies, comme un aimant garde son magnétisme. Face à une plaque fixe, la paire forme un condensateur dont la capacité varie avec la distance.

C = ε × S / d puis U = Q / C

Une telle source a une impédance de dizaines de mégohms : impossible à tirer sur un câble. La capsule embarque donc un transistor à effet de champ (FET) en suiveur, qui exige un courant continu de 1 à 3 V — fourni sur un microcontrôleur par une simple résistance de pull-up.

Le condensateur studio. Même principe, mais la charge vient de l'extérieur : les plaques sont polarisées par 48 V, l'« alimentation fantôme » (phantom power) qui circule dans le câble XLR, et un préampli interne symétrise la sortie. Membrane légère, bande passante ample, bruit propre : la référence du studio. La capsule craint humidité, poussières et chocs.

SchémaDeux capsules en coupe : bobine mobile et électret

Sur la directivité, en une phrase : l'omnidirectionnel écoute tout autour ; le cardioïde, standard de scène, favorise l'avant et rejette l'arrière, ce qui réduit le larsen.

Reste le raccord : l'entrée qui reçoit ces millivolts doit offrir un gain de 40 à 60 dB et une impédance au moins dix fois plus grande. Au-delà de quelques mètres, la sortie est symétrisée : deux conducteurs portent le signal en opposition de phase, le bruit capté en route s'annule à l'arrivée. C'est le trio XLR + 48 V fantôme du pro ; côté grand public, les jacks font le travail sur courtes distances, brochages détaillés sur la page jacks.

3. Dans le vrai monde

En face à face :

Technologie	Niveau de sortie	Impédance	Alimentation	Robustesse	Usages
Dynamique (bobine mobile)	1 à 3 mV	150 à 600 Ω	aucune	robuste	scène, karaoké, reportage
Électret	10 à 30 mV	environ 2 kΩ (via son FET)	1 à 3 V	correcte	téléphones, ordinateurs, Arduino et ESP32
Condensateur studio	10 à 30 mV	50 à 200 Ω (symétrisée)	48 V fantôme (XLR)	fragile	studio, voix chantée, podcasts

Les prix suivent : électret nue de 0,30 à 3 €, dynamique de scène dès 30 € (la référence SM58 avoisine 100 à 120 €), condensateur studio de 100 € à plusieurs milliers d'euros.

Côté connectique — brochages et pièges détaillés sur la page jacks :

Connectique	Symétrie	Où on la croise	À retenir
XLR 3 broches	symétrique	scène, studio, 48 V fantôme	broche 1 masse, 2 et 3 signal ; longs câbles sans bruit
Jack 6,35 mm TS	asymétrique	guitare, pédales	niveau instrument ou ligne, pas de fantôme
Jack 6,35 mm TRS	symétrique	interconnections de table	un câble TS mal adapté laisse la voie muette
Mini-jack 3,5 mm TRS/TRRS	asymétrique	ordinateurs, téléphones, casques	en TRRS, le micro a son anneau distinct, brochage variable

4. Exemple pratique

Brancher un électret sur un microcontrôleur

Le montage type tient sur une rangée de breadboard autour d'une carte microcontrôleur :

1. Alimenter la capsule : résistance de pull-up de 4,7 kΩ du 3,3 V vers la sortie de l'électret ; l'autre patte à la masse.
2. Découpler : un condensateur de 100 nF en série retire la composante continue.
3. Recentrer : un pont de deux résistances de 10 kΩ recentre le signal à mi-course de l'ADC.
4. Amplifier : une crête de 10 à 30 mV est trop petite pour un ADC — un préampli type MAX9814 (40 à 60 dB) ou un ampli-op la ramène à l'échelle.

Sur un téléphone, tout cela vit dans la puce audio ; sur une carte à 3 €, on le câble soi-même — d'où des enregistrements décevants sans amplification.

SchémaLe comparateur des trois technologies

InteractifDynamique, électret ou condensateur ?

micro à électret — téléphones, ordinateurs, cartes Arduino et ESP32.

Niveau de sortie : 10 à 30 mV — impédance : environ 2 kΩ (via le FET interne).

Alimentation : 1 à 3 V — robustesse : correcte.

Prix indicatif : 0,30 à 3 €. Pour remonter au niveau ligne 0,775 V : préampli d'environ +31,8 dB (gain ×38,8).

DynamiqueÉlectretCondensateur

Niveaux typiques à 94 dB SPL (voix forte à 30 cm). Le point « niveau ligne » marque le 0 dBu, la référence des entrées de table de mixage.

Exercice résolu — amplifier un électret pour un ADC 3,3 V

Une capsule électret délivre une crête de 30 mV ; l'entrée analogique d'une carte accepte 0 à 3,3 V sur 10 bits. Quel gain choisir ?

1. Pleine échelle : 3,3 V sur 10 bits, 1 024 pas, soit 3,22 mV par pas.
2. Sans préampli : la crête de 30 mV occupe 9 pas — noyée dans la quantification.
3. Centrage : couplage et pont recentrent le signal à mi-course ; l'amplitude exploitable vaut 1,65 V crête, pas 3,3 V.
4. Gain requis : 1,65 V / 30 mV = 55, soit 20 × log10(55) ≈ 35 dB.
5. Vérification : 30 mV × 55 = 1,65 V crête — pleine échelle sans écrêtage ; à ×100, la crête atteindrait 3 V et écrêterait : on choisit ×55.

Exercice résolu — de combien un micro dynamique est-il loin du niveau ligne ?

Un micro dynamique sort 2 mV efficaces ; l'entrée ligne référence le 0 dBu à 0,775 V. Quantifier l'écart.

1. Formule : le niveau relatif en décibels vaut 20 × log10(U / U_ref).
2. Rapport : 0,775 / 0,002 = 387,5 — le micro sort environ 390 fois moins que la ligne.
3. Décibels : 20 × log10(0,002 / 0,775) ≈ −52 dB. Le niveau micro est à −52 dBu.
4. Conclusion : +52 dB (gain ×400) suffisent à remonter au 0 dBu — le bas de la fourchette des +40 à +60 dB des préamplis. Un micro branché « en ligne » reste quasi muet : 52 dB ne se rattrapent pas au bouton de volume.

5. Vérifier sa compréhension

Répondez de tête, puis lisez l'encadré.

1. En quoi un micro dynamique est-il un haut-parleur à l'envers ?
2. Lequel des trois micros n'exige aucune alimentation — et pourquoi l'électret demande-t-il 1 à 3 V alors que sa charge est fixée pour toujours ?
3. Que fait l'alimentation fantôme 48 V, par quel câble circule-t-elle, et quel micro la consomme ?
4. Un casque branché sur une entrée micro produit un son faible et étouffé : citer deux raisons physiques.
5. Un électret de crête 30 mV arrive sur un ADC 0 à 3,3 V : pourquoi un gain de ×55 suffit-il à exploiter toute la pleine échelle, alors que 3,3 / 0,03 vaut 110 ?

6. Pour aller plus loin

• IEC 60268-4 — « Équipements pour systèmes électroacoustiques : microphones » : niveaux, impédances, méthodes de mesure, sur le catalogue de l'IEC.
• Shure — fiche technique du SM58 (sensibilité −54,5 dBV/Pa soit 1,85 mV/Pa ; impédance 150 Ω) : le PDF.
• Analog Devices — datasheet du MAX9814, préampli à gain automatique (40, 50 ou 60 dB) pour électrets : la page produit.
• PUI Audio — notes d'application sur les capsules électret, sur puiaudio.com.
• Knowles — notes d'application des micros électret et MEMS, sur knowles.com.