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Electronique > Bases > Alimentation Microphone à electret

Dernière mise à jour : 14/02/2021

Présentation

Vous trouverez ici le minimum à connaitre pour intégrer un microphone electret dans vos réalisations audio. Je ne parle ici que des petites capsules que l'on peut trouver à prix modique chez les revendeurs de composants électroniques, dont le diamètre est de l'ordre du centimètre et qui nécessitent une alimentation de quelques volts.

Pour des exemples pratiques, vous pouvez vous reporter aux pages Préampli micro 010 , Preampli micro 015, Préampli micro 019, ou encore aux pages Détecteur sonore 001 et Adaptateur micro electret pour entrée micro dynamique 001. Merci à Christophe E. pour les précisions et corrections qu'il m'a apportées pour cette page.

Qu'est-ce qu'un micro à electret ?

ECM = Electret Condenser Microphone

Un microphone à electret est un microphone doté d'un composant appelé Electret, qui peut être assimilé à un condensateur. Ce dernier possède la particularité d'être polarisé de façon permanente au moment de sa fabrication. Permanente en théorie, car en pratique, la polarisation diminue au fil du temps, ce qui provoque une baisse lente mais progressive de la sensibilité du micro et de la qualité du signal audio qu'il délivre. 

L'impédance de sortie du composant electret situé à l'intérieur de la capsule est très élevée, et il est hors de question d'y relier directement une charge fortement capacitive ou d'impédance trop faible. C'est pour cette raison qu'il est impossible de relier directement la cellule electret à l'entrée d'un préampli "classique", et que la capsule à electret comporte dans son boîtier même, un petit étage électronique chargé d'abaisser cette haute impédance de sortie en une impédance de sortie plus faible et donc plus facilement exploitable. 

On trouve deux sortes de micros electret : ceux à 2 fils et ceux à 3 fils.

L'explication du "2 fils ou 3 fils" est donnée par les schémas internes qui suivent.

  

L'étage électronique qui accompagne le capteur se résume à un simple transistor FET qui joue le rôle d'adaptateur d'impédance et qui la plupart du temps n'apporte aucune amplification. Ce transistor, comme tout transistor, réclame une alimentation pour fonctionner, ce qui explique que l'apport d'une tension continue externe est requise. Parfois, une diode de protection contre les charges electrostatiques trop élevée - qui pourraient détruire le transistor FET - est insérée dans la capsule. C'est le cas par exemple de la capsule KE4 de Seinnheiser. 

La consommation du microphone électret est très faible, de quelques dizaines à quelques centaines de uA. Une simple pile permet donc d'assurer de longues heures de fonctionnement. Mais il est bien sûr aussi possible de profiter d'une alimentation phantom existante (qu'on atténue) pour éviter l'emploi d'une pile additionnelle toujours trop encombrante. Ainsi, certains microphones du commerce acceptent aussi bien une alimentation pas pile (1V5 par exemple) qu'une alimentation phantom 48 V pour fonctionner. Et bien sûr, il est possible de faire soi-même un adaptateur 48 V pour capsule electret.

Câblage d'un microphone à electret

La façon d'alimenter la capsule electret dépend du nombre de fils mis à disposition sur son boîtier. Pour les capsules à deux fils, la broche d'alimentation est commune à la broche de sortie, et il n'existe qu'une sorte de câblage possible. Pour les capsules à trois fils, l'un deux est  "spécifique" à l'alim, mais on peut toutefois câbler le micro comme s'il s'agissait d'une capsule à deux fils. Il peut sembler plus logique à première vue d'avoir une broche dédiée à l'alimentation, mais vous allez voir que l'alimentation d'une capsule à deux fils reste très simple. Et que dans certains cas, une capsule electret à 2 fils peut être transformée en capsule electret à 3 fils moyennant un simple coup de cutter.

Principe de base

Il consiste à fournir une tension continue au microphone, tout en récupérant de ce dernier la tension alternative correspondant au signal audio. Que la capsule possède deux ou trois fils, il y a toujours une broche qui est reliée électriquement au boitier métallique du microphone, et qui correspond à la masse.

Alimentation d'une capsule à 2 fils

Le schéma ci-dessous prouve que la capsule à deux broches ne pose guère de problème pour son raccordement :

 

Un des deux fils du micro est relié à la masse (c'est celui qui est relié au boitier métallique, fil du bas sur le schéma et sur la photo) et l'autre fil sert en même temps pour l'alimentation du microphone et la sortie BF. La résistance R1 permet de polariser le transistor FET inclus dans le microphone, alors que le condensateur C1 permet de bloquer la tension continue fournie par R1, et de ne laisser passer que le signal audio, qui est alternatif.

Remarque : dans un schéma électronique, la capsule electret est soit représentée par un symbole montrant son contenu, soit représentée par un sympbole de microphone classique. Ainsi, le schéma suivant est totalement identique au précédent (aux valeurs de composants près).

La plupart des capsules electret peuvent se contenter d'une alimentation de 1,5 V (une simple petite pile ronde type AA ou AAA), mais grâce à la résistance série (R1 sur le schéma qui précède) la tension d'alimentation peut être plus élevée (+9 V ou +15 V par exemple). La résistance de polarisation, à cause du courant continu qui y circule, occasionne une chute de tension qui fait que la capsule electret ne voit à ses bornes qu'une tension réduite. Le condensateur de liaison (C1 sur le même schéma) est indispensable pour empêcher la tension continue d'alimentation d'atteindre l'étage de préamplification qui fait suite. La consommation du microphone est faible et une pile de type R6 peut remplir son office plusieurs mois en continu.

Alimentation d'une capsule à 3 fils - Câblage N°1

Un premier fil est relié à la masse (c'est là encore celui qui est relié au boitier métallique du microphone), un second fil est également relié à la masse (c'est la borne "inférieure" du FET) et le dernier fil reçoit l'alimentation continue tout en fournissant le signal BF.

 

Cette configuration de câblage, qui ne nécessite là aussi que deux composants jouant le même rôle que précédement, est totalement identique à celle de la capsule à deux fils.

Alimentation d'une capsule à 3 fils - Câblage N°2

Un premier fil est relié à la masse (c'est toujours celui qui est relié au boîtier métallique du microphone), un second fil est utilisé pour restituer le signal BF (borne "inférieure" du FET) et le dernier fil reçoit l'alimentation continue (borne "supérieure" du FET).

 

Pour un fonctionnement corect, une résistance de charge externe est obligatoire, car les variations de courant dans le FET de la capsule doivent être transformées en variations de tension. C'est la raison d'être de la résistance de 10 kO qui précède le condensateur de liaison (même principe dans les montages précédents).

Remarque : les différences sonores entre les deux méthodes de câblage de la capsule à trois fils ne sont pas énormes, pour une résistance de polarisation / charge R1 de valeur identique, et le "gain" est du même ordre de grandeur (nul ou légèrement inférieur à 1). A noter que dans le dernier montage - de type suiveur - la phase du signal audio est inversée par rapport au montage précédent.

Valeur des composants (pour capsules à 2 ou 3 fils)

La valeur de la  résistance R1 peut être comprise entre 1 kO et 47 kO, pour toute tension d'alim comprise entre 1,5 V et 12 V. Plus la tension d'alimentation est élevée, plus la valeur de la résistance doit être élevée. Une valeur courante de cette résistance est de 2,2 kO pour une tension d'alimentation de 5 V, de 4,7 kO, 6,8 kO ou 8,2 kO pour une tension d'alimentation de 9 V, ou de 10 kO pour une tension d'alimentation de 12 V. Mais certains micros donnent le meilleur avec une résistance de 27 kO ou même 47 kO sous 12 V. Cette résistance détermine aussi en partie l'impédance de charge. Dans l'idéal, il faut connaître les valeurs "tension nominale" et "courant nominal" du microphone, pour déterminer la valeur idéale de la résistance. Ces valeurs sont généralement communiquées par les fabricants dans leur feuille de caractéristiques (datasheet), cela est rarement vrai pour les lots de microphones à très bas coût qu'on peut trouver sur certains sites chinois. Dans ce dernier cas, on doit expérimenter avec plusieurs valeurs de résistances de charge pour trouver la meilleure.

La valeur du condensateur C1 n'est pas vraiment critique. Il faut tout de même savoir qu'il constitue un filtre coupe-bas du premier ordre avec l'impédance d'entrée du préampli micro qui fait suite. Plus la valeur de ce condensateur est faible, et plus la fréquence de coupure du filtre est élevée. En clair, il faut une valeur plus élevée si on veut descendre bas dans les fréquences graves. En pratique, vous pouvez adopter une valeur comprise entre 100 nF et 22 uF, sachant que la valeur devra être plus élevée si l'impédance d'entrée du montage qui suit est faible. Une valeur "faible" conviendra très bien si l'impédance d'entrée du préampli est élevée.

Echanges entre capsules 2 fils et capsules 3 fils

Il est généralement possible de remplacer une capsule 3 broches par une capsule 2 broches, ou inversement. Comme le condensateur de liaison (qui fait suite dans la quasi-totalité des montages) est externe, il n'est pas loin de l'endroit où est raccordé le fil de sortie du micro et est donc assez facile à repérer (souvent entre 1 uF et 22 uF).  La résistance de charge du microphone (celle qui amène sa tension d'alim) est elle aussi assez proche de la connectique du micro, et doit être tout aussi simple à trouver. Une fois ces deux composants repérés, il faut :

• pour remplacer une capsule 3 broches par une capsule 2 broches : raccorder ensemble les deux connections "résistance" et "condensateur"
• pour remplacer une capsule 2 broches par une capsule 3 broches : dessouder la broche de la résistance qui est branché sur la sortie du micro, et relier cette extrêmité de la résistance sur la broche d'alim du microphone.

Transformation d'une capsule 2 fils en une capsule 3 fils

Comme nous l'avons vu précédement, les capsules electret 2 fils comportent un transistor FET dont la Source est reliée à la carcasse (masse) du boîtier, la sortie audio et la polarisation en continu s'effectuant sur le Drain. Certaines capsules laissent apparaitre trois connexions sur leur boîtier, avec deux qui sont interconnectées en un seul point de masse. En coupant au cutter la liaison d'origine entre Source et masse, on dispose d'une capsule avec accès séparé et indépendant aux broches Drain et Source du FET interne, comme pour les capsules à 3 fils. 

L'intérêt ? Pouvoir établir une symétrie dès la sortie audio de la capsule, en ne reliant plus la Source du FET à la masse. Dans le schéma proposé ci-après, la sortie audio se fait en symétrique, les signaux délivrés sur Drain et Source du FET sont en opposition de polarité.

La encore, la valeur à donner aux résistances R1 et R2 (toutes deux impérativement identiques) dépendent de la capsule utilisée et de la tension d'alimentation disponible. Valeurs généralement comprises entre 820 ohms et 10 kO. C1 et C2 pourront avoir une valeur inférieure à 1 uF si l'étage qui fait suite n'est pas à trop basse impédance. Si on peut éviter des condos électrochimiques polarisés ici, c'est bien ;-)

Améliorations possibles

Le signal fourni par le micro est généralement d'amplitude assez faible (bien entendu il dépend du niveau de pression acoustique de la source sonore) et le préampli qui suit peut fournir un signal entaché de ronflette ou être sujet à de l'instabilité (oscillation parasite) si l'alimentation est insuffisement filtrée / régulée. L'utilisation d'une cellule de découplage de type RC sur l'arrivée d'alimentation du microphone, comme le montre le schéma ci-dessous, permet de minimiser ce risque :

Autre façon de montrer un même type de câblage (il faut bien vous habituer à lire des schémas sous différents angles) :

La façon de faire suivante est également possible (applicable à un micro à 2 ou 3 fils), elle est utilisée par exemple dans mon préampli micro 019c, dans mon préampli micro 021 ainsi que dans mon détecteur sonore 001 :

Selon le micro electret utilisé, et pour une tension d'alim de +12 V, la résistance R1 pourra prendre une valeur comprise entre 6,8 kO et 47 kO. J'ai même vu un schéma dans lequel la résistance R1 valait 270 kO ! Il convient donc de connaitre la consommation réelle du microphone, qui normalement est communiquée par le fabricant. Si ce n'est pas le cas, ne pas hésiter à essayer diverses valeurs (10 kO, 22 kO, 47 kO, 68 kO, 81 kO, 100 kO), il en est forcément dans le lot, qui donneront de meilleurs résultats que d'autres.

Cas de deux capsules en configuration stéréo

Jean-Charles B. m'a fait la remarque qu'en alimentant deux cellules electret selon le schéma le plus simple, via une unique pile 9 V et une seule résistance de polarisation/charge pour chacune des deux capsules, cela causait un peu de diaphonie (repisse du signal d'une capsule dans l'autre voie). Cet effet peut être atténué en découplant la tension d'alim en deux chemins distincts, comme le montre le schéma suivant.

Toutes les résistances situées dans les chemins d'alimentation doivent avoir une valeur adaptée aux capsules microphoniques utilisées. Pour un courant de polarisation plus faible, il faut augmenter la valeur de chaque résistance, selon le principe R1 + R2x + R3x = valeur de résistance de polarisation préconisé par le fabricant de l'electret.

Branchement d'un micro electret sur une XLR

Dans certains cas, il peut être pratique d'utiliser une alimentation Phantom de 48 V pour alimenter un microphone electret basse tension. Le courant consommé par ce dernier est en effet bien inférieur au courant que peut fournir une alimentation Phantom, et il suffit donc d'abaisser la tension de 48 V à une valeur convenable. 

Les schémas qui suivent montrent une façon de faire, supposant que le microphone electret utilisé nécessite une tension d'alimentation de +5 V et consomme un courant voisin du mA (on est généreux). La valeur attribuée aux deux résistances R1 et R2 conduisent à un courant consommé total voisin de 2 mA, environ 1 mA circulant dans la diode zener et autant (ou un peu moins) circulant dans le microphone électret. Les valeurs proposées ici devront sans doute être ajustées en fonction de la capsule electret utilisée. 

J'insiste sur un point important : dans les schémas qui suivent, la liaison audio est de type asymétrique et non symétrique, malgré l'utilisation d'une entrée micro XLR. De meilleurs résultats peuvent être obtenus avec un circuit de symétrisation qui permet de bénéficier d'une vraie liaison symétrique (exemple avec mon préampli micro 027).

Schéma pour un micro à deux broches


Schéma pour un micro à trois broches

Dans les deux schémas, les broches actives de la XLR (bornes 2 - point chaud - et borne 3 - point froid) sont mises à contribution, bien que le signal source est de nature asymétrique et non symétrique. La raison en est simple : on utilise la broche 2 de la XLR pour récupérer le signal BF issu du microphone electret (en conservant la phase d'origine), et on utilise la broche 3 de la XLR pour l'alimentation du microphone. Vous pouvez donc regarder les schémas en vous disant que la broche 3 de la XLR fournit quelque chose (la tension d'alimentation), et que sa broche 2 réceptionne quelque chose (le signal BF). Disons qu'il s'agit là d'une "version particulière" d'une alimentation phantom, puisqu'on n'utilise pas un même fil électrique pour transporter en même temps la tension d'alimentation et le signal BF. Mais notez toutefois qu'on aurait pû, en n'utilisant seule la broche 2 de la XLR. 

Une autre solution, dans le même esprit, est présentée à la page Alimentation 48V / 1,5V. Et si vous avez une envie particulière de mélanger deux sources sonores et d'utiliser le 48 V Phantom pour alimenter deux micros, pourquoi ne pas aller faire une petite visite sur cette page Mélangeur audio actif 012 ?

Et pour une capsule electret 3,0 V (ou autre) ?

Laurent L. me demande comment modifier le schéma qui précède pour permettre l'utilisation d'une capsule AOM-5024L-HD-R qui nécessite une alimentation 3,0 V. La solution consiste à adapter la valeur de la résistance R2 aux caractéristiques "tension nominale" et "courant nominal" de la capsule electret qui sont respectivement de 3,0 V et 0,5 mA.

Remarque : la capsule en question peut travailler avec une tension comprise entre 1 V et 10 V, mais dans sa fiche technique, elle semble être caractérisée à 1,9 V (alim 3,0 V et résistance de charge de 2,2 kO).

• Si zener D1 de 12 V, alors R2 = (12 - 1,9) / 0,0005 = 20,2 kO (valeur normalisée série E12 18 kO ou 22 kO)
• Si zener D1 de 9,1 V, alors R2 = (9,1 - 1,9) / 0,0005 = 14,4 kO (valeur normalisée série E12 12 kO ou 15 kO)
• Si zener D1 de 5,1 V, alors R2 = (5,1 - 1,9) / 0,0005 = 6,4 kO (valeur normalisée série E12 5,6 kO ou 6,8 kO)
• Si zener D1 de 3,3 V, alors R2 = (3,3 - 1,9) / 0,0005 = 2,8 kO (valeur normalisée série E12 2,2 kO ou 2,7 kO)

Bien entendu, il est possible d'utiliser cette formule pour toute autre valeur de tension (autres capsules electret).

Et pour une capsule electret 1,5 V ?

Dominique quant à lui me demande comment modifier le schéma pour permettre l'utilisation d'une capsule TRAM TR50 qui nécessite une alimentation 1,5 V. La solution donnée ci-devant (modification de la valeur de R1) convient pour une tension de 1,5 V et un courant de polarisation de 30 uA (0,03 mA) :

• Si zener D1 de 12 V, alors R2 = (12 - 1,5) / 0,00003 = 350 kO (valeur normalisée série E12 330 kO ou 390 kO)
• Si zener D1 de 3,3 V, alors R2 = (3,3 - 1,5) / 0,00003 = 60 kO (valeur normalisée série E12 56 kO ou 68 kO)

Une autre solution consiste à utiliser une LED et un transistor comme indiqué à la page Alimentation 48 V vers 1,5 V. On peut aussi utiliser deux diodes zener câblées en soustraction, comme le montre le schéma qui suit.

La première diode zener D1 abaisse la tension à 6,8 V, et la seconde diode zener D2 câblée en série prélève (induit une chute de tension de) 4,7 V. Il reste donc aux bornes de R4 une tension voisine de 2 V, la résistance R2 fait chuter le surplus de tension. La valeur de R2 dépend du courant nominal circulant dans la capsule : 

• Si courant de 1 mA, alors R2 = (2,1 - 1,5) / 0,001 = 600 ohms (valeur normalisée série E12 560R ou 680R)
• Si courant de 0,1 mA, alors R2 = (2,1 - 1,5) / 0,0001 = 6 kO (valeur normalisée série E12 5,6 kO ou 6,8 kO)
• Si courant de 30 uA, alors R2 = (2,1 - 1,5) / 0,00003 = 20 kO (valeur normalisée série E12 18 kO ou 22 kO)

Remarque : la tension de zener des diodes D1 et D2 est affectée d'une certaine tolérance, les tensions réellement obtenues ne seront pas forcément exactement celles attendues. Dans la pratique, cela ne devrait pas poser de problème.

Branchement d'un micro electret sur une entrée micro dynamique

Certains équipements audio sont dotés d'une entrée qui est prévue pour y raccorder un microphone dynamique basse impédance. Il est tout à fait possible d'y raccorder un microphone electret, moyennant l'apport d'une source d'énergie externe comme on vient de le voir avec l'exemple qui précède et où l'alimentation nécessaire au micro electret est tirée d'une source 48 V phantom. 

On peut aussi utiliser une pile et rester ainsi totalement autonome, c'est ce que montre l'exemple suivant, décrit à la page Adaptateur micro electret pour entrée micro dynamique 001.

 

Bien sûr, la pile doit être changée de temps en temps, mais le résultat est plus sûr en terme de qualité sonore qu'avec une alim secteur...

Sensibilité du micro et polarisation

Il existe plusieurs types de capsules electret, certaines sont plus sensibles que d'autres. J'en ai récupéré environ une dizaine dans des petits magnétophones portables mis au rebus, et en ai acheté quelques-une neuves (1 franc pièce à l'époque, 1 euro pièce maintenant) et ai eu l'idée de les tester toutes avec une même valeur de résistance de polarisation (R1 = 8,2 kO sous 9 V). Les fabricants préconisent parfois la valeur de la résistance de polarisation pour une ou plusieurs valeurs de tension d'alimentation (par exemple 4,7 kO avec alim 9 V) et quand ce n'est pas le cas il faut y aller au jugé.

Les différences de niveau de sortie que j'ai relevées entre mes capsules vont jusqu'à un rapport de 10. Les moins sensibles sont les neuves, qui sont aussi les plus récentes de mon lot. La tension de sortie varie de quelques dizaines de mV à quelques centaines de mV quand je les tapote du doigt (on pourrait presque penser que l'on pourrait se passer de préampli). A comparer aux 20 mV max limités par saturation annoncés par certains constructeurs... J'ai diminué la résistance de polarisation  pour les micros les moins sensibles (6,8 kO, 4,7 kO puis 3,3 kO, toujours sous 9 V), afin de voir si l'on pouvait "récupérer le coup". Avec les capsules testées, ce n'était pas possible. Le micro avait même tendance à délivrer de moins en moins de signal au fur et à mesure que la valeur de la résistance diminuait. Je vois d'ici le petit sourire en coin du professionnel qui se dit : "Bien sûr, cela se passe comme ça. Il suffit de regarder comment est constituée l'electronique interne d'un micro electret.". Mais il me suffit de penser que les fabricants changent tout de même de temps en temps de procédé de fabrication, pour me dire que ce qui était vrai il y a vingt ans ne l'est plus forcement maintenant, et que rien ne vaut un petit test en grandeur nature, sans formule... 

Pour conclure ce paragraphe, il semble inutile de penser gagner un peu de niveau en sortie du micro en diminuant sa résistance de polarisation - sauf si bien sûr la valeur d'origine est très élevée. En revanche, essayez voir de l'augmenter un peu (10 kO ou 12 kO sous 9 V par exemple), et tirez-en les conclusions qui s'imposent.

Exemples de sensibilité pour quelques capsules electret

• Sony ECM-44B : sensibilité 2,2 mV / Pa (-53 dBV / Pa), BP 40 Hz - 15 kHz, rapport S/B 62 dB, 122 dBSPL max, alim 1,5 V
• Shure PG30 : sensibilité 2,5 mV / Pa (-52 dBV / Pa), BP 60 Hz - 18 kHz, rapport S/B 61 dB, alim recommandée 5 V (max 10 V).
• ECM300 : sensibilité 4 mV / Pa, bande passante 50 Hz - 18 kHz.
• ProSignal MCE-100 : sensibilité 5,6 mV / Pa, BP 50 Hz - 10 kHz, rapport S/B 34 dB, alim 1,5 V à 10 V
• Sony ECM-MS907 : sensibilité 5,6 mV / Pa (-45 dBV / Pa), BP 100 Hz - 15 kHz, 110 dB SPL max, alim 1,5 V
• Panasonic WM64 : sensibilité 6,2 mV / Pa. Alim max 10 V / 0,5 mA, polariser la capsule sous tension alim 5 V.
• Philips LBC1055 : sensibilité 6,3 mV / Pa, BP 100 Hz - 17 kHz. Avec alim 9 V, résistance alim (vers +9 V) = 8,2 kO et résistance de charge (entre sortie et masse) = 2,2 kO.
• Sony ECM-MS957 : sensibilité 7,9 mV / Pa (-42 dBV / Pa), BP 50 Hz - 18 kHz, 115 dB SPL max, alim 1,5 V
• Sennheiser KE4 : sensibilité 10 mV / Pa (1 mV / microbar), bande passante 20 Hz - 20 kHz (à 4 dB), rapport S/B 58 dB (alim comprise entre 0,9 V et 15 V).
• Rode Pinmic : sensibilité 1 V / Pa (21 mV / 94 dB SPL), BP 60 Hz - 18 kHz, rapport S/B 69 dB, alim 2 V à 5 V.
• Panasonic WM61A : sensibilité 19,5 mV / Pa. Alim max 10 V / 0,5 mA, polariser la capsule sous tension alim 3 V.

La comparaison entre différentes capsules n'est pas toujours évidente car certains fabricants spécifient la sensibilité en mV / Pa (par exemple sensibilité de 10 mV / Pa) et d'autres la spécifient en dB ou dBV (par exemple sensibilité de -44 dB ou -52 dBV). Si on considère que le 0 dB (ou 0 dBV) fait référence à 1 V / Pa, alors un microphone electret donné pour une sensibilité de -44 dB présentera un niveau de sortie de 6,3 mV / Pa. Un microphone electret donné pour une sensibilité de -36 dB présentera un niveau de sortie de 16 mV / Pa, et un microphone electret donné pour une sensibilité de -60 dB présentera un niveau de sortie de 1 mV / Pa.

Comme vous pouvez le constatez, plus la valeur en dB est faible et plus faible est sa sensibilité. Et comme les écarts de dB sont "compressés", de faibles écarts en dB correspondent à de grands écarts en tension : 20 dB d'écart de sensibilité correspondent à un rapport de 10 en tension, et 40 dB d'écart de sensibilité correspondent à un rapport de 100 en tension ! Si on jette un coup d'oeil chez Farnell, on constate que les capsules proposées offrent une sensibilitée comprise entre -68 dBV / Pa (0,4 mV / Pa) et -33 dBV / Pa (22 mV / Pa), soit un rapport de niveau de 55 !

Pour rappel : 0 dBV = 1 V / Pa (1 Pa = 10 uBar = 94 dBSPL).

Pour plus de détail sur la conversion decibel / niveau, voir pages présentation des decibels et logiciel convertisseur d'unités.

Rapport signal/bruit

Question qualité en terme rapport signal / bruit (S/B), les micros electret ne sont généralement pas terrible. Tout du moins pour les capsules grand public. Il est vrai qu'on ne demande pas la hifi à un microphone implanté dans un détecteur de bruits ou dans un téléphone portable. Si le rapport S/B se situe autour de 60 dB pour les capsules "sérieuses", il n'est pas rare de le voir descendre aux alentours de 40 dB voir même 30 dB !!! Mais il faut bien observer de telles différences pour justifier les écarts de prix (moins d'un euro pour les capsules grand public, plusieurs dizaines d'euros pour les plus sérieuses).

Trop de niveau ?

Souvent, on se plaint d'un niveau électrique trop faible en sortie de la capsule electret, et on recherche celle qui, suffisament sensible, présente un bon niveau de sortie pour une pression acoustique "normale" (tout en ayant un faible bruit de fond propre). A ce titre, les capsules Primo EM172 (omni) et EM184 (cardio) présentent un excellent rapport qualité/prix. Mais on peut se trouver dans un contexte inverse, à savoir disposer en sortie de capsule d'un signal audio de niveau si élevé qu'il arrive à faire saturer un étage préampli pas prévu pour (entrée micro PC ou smartphone, par exemple). Comment, dans ce cas précis, atténuer l'amplitude du signal délivré par la capsule pour éviter la saturation, sachant que dans ce contexte la capsule est alimentée par l'appareil sur lequel on la connecte ? Si on ajoute un pont diviseur résistif ou un potentiomètre câblé en réglage de niveau, ou si encore on ajoute simplement une résistance en série (dans le trajet du signal BF), alors on joue aussi forcément sur la tension de polarisation de la capsule electret. Or en atténuant trop la tension d'alim de l'electret, la qualité baisse très rapidement car le point de polarisation se déplace et la dynamique max diminue. La question est donc de savoir si on peut en même temps atténuer l'amplitude du signal délivré par la capsule, tout en maintenant sa tension d'alimentation à la valeur nominale. Et tant qu'à faire, si une solution existe, il serait drôlement bien qu'elle ne prenne pas trop de place, sachant que quand on veut enregistrer sur un smartphone... 

Utilisation d'une capsule electret avec un microcontrôleur

C'est un peu hors sujet, mais on peut en dire deux mots. Peut-on relier directement un microphone electret sur une entrée analogique ou numérique d'un microcontrôleur, pour une application de type "détecteur sonore" ? La réponse est non. Une casule electret délivre un signal électrique dont l'amplitude est bien insuffisante, de seulement quelques centaines de uV à quelques mV (voire dizaines de mV) en utilisation normale, c'est à dire avec voix parlée à bonne distance du microphone. Pour "analyser" un signal audio avec un microcontrôleur, il convient tout d'abord de l'amplifier énergiquement avec un préamplificateur. Si le micro est relié sur une entrée de type logique d'un microcontrôleur alimenté sous une tension de 5 V, il vous faut un signal d'au moins 1 V d'amplitude pour assurer une détection correcte (on peut se contenter de moins, mais avec un réglage de sensibilité un poil plus délicat).

Avertissements

• Le signal audio qui sort de l'electret est alternatif et possède des alternances négatives et positives. Il convient de centrer ce signal sur la moitié de la tension d'alimentation qui est utilisée pour alimenter le microcontrôleur (un condensateur de liaison entre sortie du préampli et entrée uC, une résistance de 22 kO entre entrée uC et +Alim, une résistance de 22 kO entre entrée uC et masse).
• Pour la détection d'une source sonore, vous pouvez utiliser une entrée logique doté d'une fonction d'interruption (avec ou sans comparateur analogique intégré), c'est bien plus facile à exploiter et surtout bien moins consomateur en ressources logicielles qu'une lecture effectuée en boucle. Si vous utilisez une entrée analogique, il est possible de détecter des plus faibles variations de signal sonore. Mais attention dans ce cas au rapport entre fréquence d'acquisition analogique et fréquence des signaux à détecter. Si la fréquence d'acquisition n'est pas bien choisie, la détection peut ne pas être fiable. Une solution assez fiable consiste à redresser et filtrer le signal audio amplifié pour disposer d'une source de tension continue qui suit l'enveloppe de la modulation audio.

Microphone à electret et PC

Les cartes son grand public au standard Soundblaster possèdent parfois une entrée micro. Quand elle existe, cette entrée micro est conçue pour recevoir le signal électrique provenant d'un microphone à electret. Ce dernier nécessitant une alimentation, une petite astuce est mise en oeuvre pour permettre à la carte son elle-même de la fournir au micro. Le connecteur d'entrée Micro est en effet un jack de type stéréo, bien que l'entrée soit le plus souvent mono. L'anneau du jack inutilisé en mono (Ring) est donc mis à contribution pour véhiculer le +5 V fourni par la carte son, au travers une résistance (valeur comprise entre 2,2 kO et 10 kO selon fabricant) intégré à la carte son, vous n'avez pas besoin d'en rajouter une en externe. L'anneau Sleeve est raccordé à la masse, et l'anneau du bout (Tip) véhicule le signal audio.

Ce type de cablage convient parfaitement aux micros electret trois fils. Mais d'autres cartes son (compatibles ou non compatibles Soundblaster) ne respectent pas forcement ce type de cablage, et amènent le +5 V sur l'anneau Tip (à travers une résistance de 2,2 kO à 10 kO), qui véhicule déjà l'audio. Dans ce cas, l'anneau Ring (central) reste inutilisé ou est raccordé à la masse. Ce type de cablage convient aux micros electret deux fils. Pour plus de détails, merci de vous reporter à la page Préampli micro 002.

Microphone à electret et camescope

Certains camescopes délivrent une tension continue de l'ordre de 3 V sur leur entrée micro, afin d'alimenter un microphone à electret externe (Plugin Power chez Sony, par exemple). Cela évite l'emploi de pile additionnelles, mais peut être gênant si l'on souhaite utiliser un microphone dynamique simple ou déjà doté d'un préampli qui lui-même est déjà alimenté par pile. Si la tension délivrée par le caméscope vous gêne pour une raison ou pour une autre, vous pouvez la stopper en ajoutant un condensateur de liaison (voir exemple donné à la page Atténuateur BF fixe). Vous pouvez aussi jeter un oeil à la page Utilisation d'un microphone externe sur un caméscope.

Etude de modification d'une tête artificielle

Matthew F. (musicien) m'a contacté pour une question relative à une tête artificielle binaurale Sennheiser de type MKE 2002 utilisée pour la prise de son de bruits d'ambiances et parfois de musique. Cette tête ayant vieilli, Matthew souhaitait remplacer les capsules electret d'origine par d'autres plus récentes. Malheureusement (si on peut dire ainsi), le remplacement direct semblait compromis, le brochage des capsules d'origine et celui des capsules récentes semblant différer. Je profite donc de sa demande pour faire ici le résumé d'un cas pratique ;-)

Câblage avec capsules d'origine

Schéma simplifié, je ne peux pas reproduire le schéma complet pour des questions de droits d'auteur. Mais le principal qui nous concerne est là. On y voit la capsule d'origine représentée par le capteur à proprement parler (condensateur encerclé), associé à un triangle qui représente l'adaptation électronique (amplificateur ou simple transistor à effet de champ avec sa résistance de charge). Aucune diode de protection n'est incluse dans la capsule et c'est pourquoi une diode externe est ajoutée (D2 et D3 sur le schéma d'origine). Le condensateur de liaison C1 empêche la tension continue de polarisation du micro de parvenir au préampli micro qui fait suite.

Capsules nouvelles (MK4)

Ces capsules intègrent d'origine une diode de protection, les deux diodes externes D2 et D3 d'origine peuvent donc être supprimées. Aucune résistance de charge / polarisation n'est intégrée dans les capsules d'origine, il faut donc en ajouter une en externe (une résistance par capsule). Le fabricant de la capsule MK4 spécifie la valeur de la résistance de charge en fonction de la tension d'alimentation. Pour une tension d'alim comprise entre 7,5 V et 9 V, cette résistance (nomée RX sur le schéma modifié) doit avoir une valeur de 18 kO. Finalement, rien de bien compliqué, on se contente de retirer les diodes D2 et D3 d'origine et on met deux résistances de 18 kO à la place.

Câblage de deux capsules en parallèle ?

Plusieurs musiciens m'ont écrit ces dernières années pour me demander s'il était possible de câbler deux capsules electret identiques en parallèle et sans autre forme de procès. Principalement pour des questions de place (dans une guitare, dans une flûte et plus récement dans un harmonica). En toute franchise je ne savais pas vraiment si on pouvait le faire, et mes premières réponses étaient du genre "Cela ne me semble pas conseillé et je préconise plutôt une sommation après préamplification. Mais au moins un d'entre eux a tout de même essayé (avec des capsules electret mais aussi avec des piezo) et il a bien fait, car son retour a été plutôt positif.

"Cher Rémy, ce que vous m'aviez déconseillé de faire fonctionne finalement assez bien !".
Bon, très bien, je note, tout en saluant l'initiative de celui qui n'a pas fait l'erreur de m'écouter sans se questionner davantage ;-)

Alors, un exemple et quelques conseils sur les modifications à apporter aux différents schémas vus ci-avant ? Et bien ma foi, on peut partir sur un des schémas proposés, je pense que vous saurez extrapôler avec les autres.

Cette façon de faire choque l'oeil tout de même, vous ne trouvez pas ? Et je pressens dans les temps à venir - allez savoir pourquoi - quelques remarques fumeuses à mon égard sur ce petit bout de schéma.

Valeur de R1 : à tester en pratique, surtout si aucune valeur n'est préconisée par le fabricant des capsules utilisées. Si vous ne savez quelle valeur adopter, je vous suggère de relire les lignes qui précèdent. Au pif et sans aucun calcul, je suis tenté de dire qu'une valeur comprise entre 50% et 75% de la valeur à adopter pour un seul microphone, devrait être une bonne approche.

Valeur de C1 : à priori rien à changer, la valeur de ce condensateur définit la fréquence de coupure basse, en conjonction avec l'impédance d'entrée de l'étage amplificateur qui fait suite. Plus cette impédance d'entrée est élevée et plus la fréquence de coupure descend vers le bas du spectre. N'augmenter la valeur du condensateur que si vous sentez un manque manifeste de "basses".

Question de phase...

Bien entendu, je n'aurai pas l'affront de vous suggérer de faire attention à la distance entre les deux micros, qui a une influence énorme sur le rendu après sommation, puisque en fonction de la fréquence des signaux captés vous allez vous retrouver avec des bosses et creux plus ou moins marqués à cause des décalages de phase plus ou moins grands. Il me semble évident que des tests de positionnement des micros s'imposent avant de refermer la boîte. On n'a pas affaire ici à un couple stéréo AB ou XY mais à un couple mono. Pas la même chose, hum...

Mise en boîte

Quand vous voulez relier un microphone electret fait maison à un enregistreur audio ou une table de mixage qui ne possède pas d'alim Phantom, se pose le problème de l'alimentation de la capsule. Une pile ronde de 1,5 V (AAA/LR3, AA/LR6), 3 V (CR2032) ou 9 V (6F22) convient généralement, mais un montage volant n'est jamais très robuste dans le temps. Aussi faut-il prévoir une boîte pour ranger tout cela proprement. Luc nous donne un exemple de réalisation sur son site :

Alim micro electret pour prise de son instrument

L'important est de choisir de la connectique robuste. Oubliez définitivement les mini-jacks 3,5 mm pour vos réalisations personnelles, et optez de suite pour un jack 6,35 mm Mono/TS pour une sortie asymétrique ou pour un jack 6,35 mm Stéréo/TRS ou une XLR si vous symétrisez le signal avant de l'envoyer dans le câble BF.

Historique

14/02/2021
- Ajout infos au paragraphe "Branchement d'un micro electret sur une XLR".
28/05/2017
- Ajout infos concernant le câblage d'une capsule electret en symétrique.
- Ajout infos concernant le câblage de deux capsules electret en stéréo avec alim commune.
16/10/2016
- Ajout lien vers réalisation pratique de Luc (paragraphe Mise en boîte).
19/07/2015
- Ajout schéma "Electret sur XLR" pour utilisation d'une capsule 1,5 V.
08/07/2012
- Ajout paragraphe "Utilisation d'une capsule electret avec un microcontrôleur".
18/12/2011
- Ajout paragraphe "câblage de deux micros electret en parallèle".