Les microphones d’antennerie, aussi appelés array microphones en anglais, sont des micros de mesure acoustique en champ libre. Forts d’un gros avantage économique, ils sont conçus pour être montés sur des antennes acoustiques de grande ou de petite taille afin d’analyser les champs sonores, la puissance acoustique et les transitoires. Ces microphones sont généralement utilisés pour la mesure et la localisation de sources sonores grâce à des dispositifs spécifiques utilisant les techniques de beamforming ou d’holographie acoustique de proximité (NAH). Nos experts Alliantech vous proposent un dossier complet pour découvrir ce type de microphones et pour bien comprendre cette technique de mesure acoustique.
Sommaire – Avec accès direct aux rubriques de l’article
- Quelles différences entre les microphones d’antennerie et les autres microphones de mesure ?
- Quelles performances sont nécessaires aux microphones pour constituer une antenne acoustique ?
- Des solutions économiques pour des configurations complexes
- Aparté : Qu'est-ce que le beamforming ?
- Localisation de sources sonores avec des microphones d'antennerie : comment ça fonctionne?
- Processus d’appariement en phase
- Les modèles de microphones d'antennerie
- 40PH-10 : le micro d'antennerie le plus populaire
- 40PL-10 : le microphone idéal pour des mesures de niveaux de pression acoustique élevés
- 40PL-11 : le micro identique au 40PL-10 mais adapté aux des espaces restreints
- 40PH-10-S1 : le microphone d'antennerie similaire au 40PH-10 doté d'un connecteur BNC et d'un design différent
- Utilisation de microphones de mesure pour des applications en antenne
- Des microphones champ libre 40BE pour la caractérisation des sources de bruit des moteurs d'avions à réaction
- Des microphones pression 46DE pour une antenne acoustique en spirale
Quelles différences entre les microphones d’antennerie et les autres microphones de mesure ?
Les microphones d’antennerie ne sont pas des microphones de mesure normalisés selon l’IEC. Ils sont spécifiquement conçus pour des applications nécessitant des capteurs acoustiques économiques montés sur des antennes acoustiques.
Les microphones de mesure, quant à eux, sont des capteurs normalisés qui sont définis selon la norme IEC 61094. Cette norme établit les tolérances relatives à la réponse en fréquence, la sensibilité, les dimensions mécaniques, la stabilité à long terme et d’autres paramètres encore…
Les microphones d’antennerie ne sont pas soumis à ces standards.
Quelles performances sont nécessaires aux microphones pour constituer une antenne acoustique ?
Pour localiser des sources sonores avec précision, les microphones présents sur une antenne acoustique doivent présenter des caractéristiques homogènes : réponse en fréquence, sensibilité, réponse en phase et format…
Généralement, une réponse parfaitement plate ou un niveau de bruit minimal ne sont pas aussi importants qu’une harmonisation stricte de ces spécifications.
Si les microphones ne sont pas correctement assortis, les performances de l’antenne peuvent en pâtir. Les nœuds (ou zones d’annulation) risquent d’être moins nettes et la directivité de l’antenne peut être altérée.
Des solutions économiques pour des configurations complexes
L’utilisation de nombreux microphones sur des antennes nécessite d’arriver à optimiser les coûts sur ces capteurs. En effet, composer une antenne acoustique avec des dizaines ou des centaines de microphones de mesure standardisés serait non seulement très onéreux, mais aussi disproportionné par rapport aux réels besoins.
Cependant, si ces micros ne sont pas fabriqués avec des tolérances rigoureuses, des écarts de phase et/ou de fréquence pourraient dégrader les performances des techniques comme le beamforming.
Les microphones d’antennerie de GRAS se distinguent par leurs tolérances de fabrication strictes qui garantissent une interchangeabilité élevée. C’est un avantage conséquent pour les configurations utilisant de nombreuses unités. Ces tolérances couvrent la sensibilité et la réponse en fréquence, mais aussi la correspondance de phase entre les microphones.
Aparté : Qu'est-ce que le beamforming ?
Le beamforming est une technique utilisée pour concentrer un signal vers un appareil de réception spécifique, plutôt que de le diffuser dans toutes les directions. Cette méthode permet d’améliorer la qualité, la vitesse et la fiabilité des connexions sans fil.
Le beamforming utilise plusieurs antennes pour contrôler la direction d’un front d’onde en ajustant l’amplitude et la phase des signaux individuels. Cette technique crée des interférences constructives dans la direction souhaitée et des interférences destructives ailleurs, formant ainsi un faisceau ciblé d’énergie électromagnétique.
Vous êtes intéressé par les antennes acoustiques ?
Alliantech vous aide à choisir les microphones d’antennerie pour la constituer
Localisation de sources sonores avec des microphones d'antennerie : comment ça fonctionne ?
Plusieurs techniques sont utilisées aujourd’hui pour localiser des sources de bruit : beamforming, holographie, etc…
Ces techniques sont utilisées dans des applications telles que :
- La détermination la direction de tirs ou de vols d’aéronefs ;
- Ou la surveillance sonore.
Ces techniques incluent différentes méthodes de beamforming, comme le delay and sum (DSB) ou le filter and sum, ainsi que l’holographie acoustique de proximité (NAH).
D’autres méthodes combinent ces approches avec des images ou des vidéos, comme c’est le cas des caméras acoustiques (voir Figure 3).
Toutes ces approches s’appuient généralement sur un grand nombre de microphones montés en antenne pour capter les signaux acoustiques et les traiter. Plus une antenne utilise de microphones, meilleure sera la réduction des bruits non directionnels.
Les antennes plus larges permettent également d’étendre la gamme de fréquences basses utilisables et d’améliorer les performances globales du beamforming, car le faisceau devient plus étroit pour une fréquence donnée. De plus, l’écartement entre les microphones doit rester faible afin de réduire les effets d’aliasing lors du traitement des signaux.
En règle générale, il est possible d’estimer les fréquences minimale et maximale opérationnelles d’une antenne en mesurant la distance entre les microphones adjacents et la taille totale de l’antenne :
Une meilleure correspondance de phase entre les microphones facilite la mesure des différences de phase entre la source sonore et chaque microphone de l’antenne, ce qui améliore les résultats des algorithmes de localisation des sources.
Outre la correspondance de phase, il est aussi très important de veiller à la précision du positionnement des microphones dans l’antenne. Les algorithmes de localisation sonore doivent intégrer la position exacte de chaque microphone, car même de petites incertitudes dans le positionnement peuvent entraîner des erreurs significatives dans la localisation globale de la source.
Processus d’appariement en phase
L’utilisation de microphones appariés en phase est nécessaire pour obtenir de meilleurs résultats dans les applications de localisation de sources sonores. Mais comment expliquer au mieux le processus d’appariement en phase ?
Ce processus consiste généralement à utiliser un signal de référence, comme un balayage sinusoïdal, émis par un actuateur électrostatique monté sur le diaphragme du microphone ou par une source sonore placée dans une chambre anéchoïque. Une fois le signal émis, la sortie du microphone est comparée à la sortie du générateur de signal, qui sert de référence pour le calcul de la phase.
Une fois cette étape terminée, il est possible de comparer les courbes de phase de plusieurs microphones et de sélectionner ceux qui présentent des résultats similaires. Une autre méthode consiste à comparer les courbes de phase des microphones testés à une courbe de référence correspondant à la réponse souhaitée.
Or, avec la technologie actuelle, il n’est pas possible de fabriquer deux capteurs ayant une réponse en phase parfaitement identique. Du coup, il est courant d’appliquer des tolérances, telles que celles présentées dans le tableau 1 ci-dessous :
| Appariement en phase entre microphones | |
|---|---|
| Fréquences | Tolérance |
| 50 Hz – 100 Hz | ± 5º |
| 100 Hz – 3 kHz | ± 3º |
| 3 kHz – 5 kHz | ± 5º |
| 5 kHz – 10 kHz | ± 10º |
Tableau 1 / Exemple de tolérances de phase pour les microphones d’antennerie
À mesure que la fréquence augmente et que la longueur d’onde du signal acoustique diminue, il devient plus difficile d’obtenir une harmonisation de phase précise, ce qui élargit les tolérances acceptables.
La Figure 4 ci-dessous illustre un exemple de sélection de 8 microphones d’antennerie GRAS 40PL-10. On peut y observer comment leurs réponses de phase se comparent entre elles et par rapport aux tolérances spécifiées :
Bénéficiez de l'accompagnement d'experts
Faites appel à Alliantech pour mieux découvrir nos antennes acoustiques
Les modèles de microphones d'antennerie
GRAS propose une plusieurs micros d’antennerie en champ libre avec des caractéristiques variées dont nous vous présentons la liste ci-dessous. Pour plus de détails techniques, cliquez sur les images pour accéder à leur fiches produits.
Le 40PH-10 est le modèle le plus populaire de la gamme. Il s’agit d’un microphone en champ libre avec une sensibilité nominale de 50 mV/Pa.
Gamme de Fréquences : de 10 Hz à 20 kHz
Dynamique : de 33 dB(A) à 135 dB
Sensibilité : 50 mV /Pa
Le 40PL-10 a les mêmes dimensions que le 40PH-10, mais avec une sensibilité nominale beaucoup plus faible (9 mV/Pa), ce qui le rend idéal pour la mesure de niveaux de pression acoustique élevés.
Gamme de Fréquences : de 10 Hz à 20 kHz
Dynamique : de 33 dB(A) à 142 dB
Sensibilité : 9 mV /Pa
Le 40PL-11 est une version plus courte du 40PL-10, ce qui en fait également un microphone idéal pour mesurer des niveaux de pression acoustique élevés, ou lorsque la configuration de test impose des contraintes de taille.
Gamme de Fréquences : de 10 Hz à 20 kHz
Dynamique : de 33 dB(A) à 142 dB
Sensibilité : 9 mV /Pa
40PH-10-S1 : le microphone d'antennerie similaire au 40PH-10 doté d'un connecteur BNC et d'un design différent
Tous les microphones d’antennerie mentionnés ci-dessus sont équipés d’un connecteur SMB, mais le 40PH-10-S1, présenté ci-dessous, possède les mêmes spécifications que le 40PH-10 tout en adoptant un format différent et un connecteur BNC.
Gamme de Fréquences : de 10 Hz à 20 kHz
Dynamique : de 33 dB(A) à 135 dB
Sensibilité : 50 mV /Pa
Les microphones d’antennerie listés ci-dessus sont aussi disponibles en versions spéciales, sur demande.
Contactez-nous si votre application nécessite un microphone avec des spécifications différentes que celles proposées ci-dessus.
Utilisation de microphones de mesure pour des applications en antenne
Comme nous l’avons évoqué auparavant, les microphones d’antennerie ne sont pas des microphones de mesure normalisés. Les microphones de mesure sont conçus avec les meilleurs matériaux afin d’assurer leur stabilité à long terme. Leurs dimensions mécaniques et leurs spécifications électroacoustiques doivent respecter la norme IEC 61094.
Bien entendu, il est possible de créer des configurations d’antenne utilisant des microphones de mesure harmonisés en phase, mais cette option entraînera probablement des coûts nettement plus élevés et, selon la situation, pourrait aussi être considérée comme excessive en termes de performance.
Jusqu’à présent, seuls les microphones d’antennerie économiques comme les modèles GRAS 40PH-10 et 40PL-10 ont été mentionnés pour les configurations d’antenne. La plupart du temps, ces produits sont largement suffisants pour couvrir les besoins de la plupart des applications.
Cependant, il existe des situations où des microphones de mesure de haute précision sont nécessaires. Cela peut concerner des projets qui exigent spécifiquement l’utilisation de microphones de mesure normalisés IEC 61094, des situations qui nécessitent une large gamme dynamique, des mesures de hautes fréquences au-dessus de 20 kHz, ou des cas où des facteurs de forme spéciaux sont requis.
Voici quelques exemples de microphones de mesure de haute précision utilisés dans des configurations d’antenne.
Des microphones champ libre 40BE pour la caractérisation des sources de bruit des moteurs d'avions à réaction
Figure 5 / Configuration d’antenne de microphones de mesure pour la caractérisation des sources de bruit des moteurs à réaction. (Avec la permission de Blue Ridge Research and Consulting, BYU Acoustics, et University of Alabama à Birmingham)
Les images ci-dessus en Figure 5 montrent une version spéciale à faible sensibilité du microphone de mesure en champ libre 40BE 1/4” capable de mesurer des niveaux allant jusqu’à environ 170 dB, utilisée pour la caractérisation des sources de bruit des moteurs à réaction.
Des microphones pression 46DE pour une antenne acoustique en spirale
Figure 6 / Le microphone 46DE 1/8” dans une configuration d’antenne spiralée et ses dimensions en mm.
La Figure 6 montre une petite antenne de microphones de pression 46DE 1/8” disposés en configuration d’antenne en spirale.
Vous recherchez des microphones d'antennerie ?
Nos experts Alliantech vous conseillent et vous accompagnent aussi dans la configuration de votre antenne acoustique
Source : GRAS Acoustics & Vibration
