Les effets de l’impédance sur les performances du microphone

🔎 Quand vous lisez la fiche technique d’un micro, vous avez sûrement vu des valeurs indiquant l’impédance de sortie, l’impédance de charge nominale ou les 2.

👍 Comprendre ces valeurs d’impédance est important, si vous souhaitez maîtriser l’utilisation de vos microphones.

 

🤔 Du coup, c’est quoi l’impédance d’un micro ?

 

⚡ Les signaux du microphone sont des tensions alternatives.

➡️ L’impédance est la résistance AC des tensions du signal audio. L’impédance contrôle le flux du signal audio.

🎙️ Pour que le signal d’un micro puisse correctement se propager, l’impédance de sortie du microphone doit correspondre/ponter l’impédance d’entrée (impédance de charge), de son préampli micro.

 

C’est quoi l’impédance d’un microphone ?

• L’impédance électrique est une mesure de la résistance à un courant alternatif, dans un circuit quand une tension est appliquée
• L’impédance est mesurée en ohms (comme la résistance), et peut être considérée comme un type de résistance CA dans un circuit CA

 

Impédance appliquées aux microphones :

• Les signaux audio sont des tensions alternatives (l’amplitude positive et négative du signal). Les signaux audio sont donc des courants alternatifs, ayant à la fois des courants négatifs et positifs

• L’impédance d’un micro contrôle le flux de courant alternatif dans un circuit audio, lorsqu’une tension de signal audio est appliquée

• Tous les micros ont une impédance de sortie

• Un micro crée un circuit avec le préamplificateur/appareil audio auquel il est connecté. Ces préamplis ont une impédance d’entrée, appelée impédance de charge

• L’impédance de sortie du micro doit être une fraction de l’impédance d’entrée du préampli (impédance de charge), pour que le circuit de signal du micro puisse correctement fonctionner

 

Les microphones sont complexes

💡 Les résistances, condensateurs, inductances, transformateurs, tubes, transistors et autres composants électroniques jouent tous un rôle, dans la détermination de la résistance d’un micro.

➡️ Ce nombre est l’impédance de sortie, mesurée sur les bornes de sortie du micro.

Un signal de micro n’est transmis qu’une fois que celui-ci est connecté à un préampli (ou au périphérique audio suivant en ligne). La sortie du micro doit créer un circuit avec une charge, pour que le signal audio du micro puisse se déplacer.

⚠️ Il faut donc faire attention à l’impédance inhérente du micro, mais également à l’impédance du préampli ou de l’appareil en ligne.

 

Valeurs d’impédance essentielles

Les 2 valeurs d’impédance essentielles au bon fonctionnement du microphone, et au transfert du signal sont :

1. Impédance de sortie – l’impédance inhérente du microphone sur sa connexion de sortie
2. Impédance de charge – l’impédance d’entrée de l’appareil audio suivant (généralement un préamplificateur de micro), qui crée le circuit avec la sortie du micro

 

📝 Certains fabricants noteront à la fois l’impédance de sortie, et les valeurs d’impédance de charge nominale (impédance de charge idéale) sur leurs fiches techniques.

👉 De manière générale, l’impédance de charge doit être au moins 5 à 10 fois supérieure à l’impédance de sortie du micro.

💡 Tant que l’impédance de charge est supérieure à l’impédance de sortie du microphone, le signal du micro doit pouvoir bien circuler du micro au préampli.

➡️ Presque tous les microphones de studio/live de qualité professionnelle, sont conçus avec de faibles impédances de sortie. Les préamplificateurs professionnels sont généralement conçus avec des impédances d’entrée suffisamment élevées, pour obéir à la règle empirique du 10x.

👍 Il n’y a donc pas de soucis à se faire.

👌 Mais connaître la relation entre l’impédance de sortie du micro, et l’impédance de charge du micro, est important dans de nombreux cas professionnels.

 

L’impédance de sortie d’un microphone 🎤

 

🔎 Sur n’importe quelle fiche technique de microphone, vous verrez une valeur pour son impédance de sortie.

🎙️ Tout micro professionnel est considéré comme à faible impédance, ce qui signifie une impédance de sortie dans la plage de 50 ohms à 600 ohms.

La plupart des micros professionnels ont une impédance de sortie comprise entre 150 et 250 ohms.

 

Les plages d’impédance de sortie des micros sont :

• Micros à faible impédance : <600 Ω
• Micros à impédance moyenne : 600 Ω – 10 000 Ω
• Micros à haute impédance : > 10 000 Ω

 

💡 Les microphones n’ont pas d’impédances d’entrée, car ils ne reçoivent pas de courant alternatif. Ils ont des impédances de sortie car ils produisent des tensions alternatives (signaux de micro analogiques).

Cela dit, il existe des dispositifs dans les microphones actifs et passifs, qui convertissent l’impédance du signal dans le micro. Ces composants ont des impédances d’entrée et de sortie.

Les exemples incluent les amplificateurs, les tubes, les transistors et les transformateurs.

 

Impédance nominale

👉 L’impédance de sortie du micro est spécifique à la fréquence.

Cependant, plutôt que de fournir des graphiques, les fabricants fournissent généralement les spécifications d’impédance de sortie du micro, en tant qu’impédance nominale.

👂 L’impédance nominale est l’impédance de sortie approximative du microphone, moyennée sur le spectre des fréquences audibles (20 Hz à 20 000 Hz).

❌ Rien ne peut réellement indiquer l’impédance d’un micro.

➡️ Cependant, la valeur d’impédance nominale est devenue la norme, et il est possible d’en déduire ce dont nous avons besoin, à partir de cette valeur.

 

Pourquoi n’y a-t-il pas de microphones professionnels à haute impédance ?

💰 📉 Le seul avantage des microphones à haute impédance, est le faible coût de fabrication.

⚠️ Les inconvénients sont, par contre, non négligeables.

 

🎤 On n’utilise jamais des microphones à haute impédance, dans un système d’enregistrement ou de sonorisation professionnel.

L’exemple d’un microphone à haute impédance, est un micro de karaoké grand public.

📈 Les microphones de karaoké ont un niveau de signal de sortie très élevé, et ont donc besoin d’une sortie à haute impédance. Cette sortie élevée indique qu’il n’y a pas d’étage de gain, ni d’amplificateur dans le micro, ce qui réduit considérablement les coûts de fabrication.

👍 Ces microphones n’ont pas besoin de préamplificateurs, pour amener leurs signaux du niveau micro au niveau ligne.

🙀 Mais le gros inconvénient, c’est que les micros à haute impédance ne fonctionnent pas bien, quand ils sont branchés à de longs câbles. Plus le câble est long, plus le résultat sera mauvais.

➡️ Cela est dû à la capacité inhérente d’un câble de microphone. Quand un signal à haute impédance est envoyé via un câble de micro, un filtre passe-bas est créé. Plus le câble est long, plus la coupure du filtre est faible et plus le son va être étouffé.

Plus l’impédance est élevée, plus le signal va être sensible aux bruits et aux interférences externes. Les interférences électromagnétiques et radio aggravent le rapport signal sur bruit, et détériorent la qualité.

Les sorties à faible impédance sont donc devenues la norme pour l’audio professionnel.

 

Pourquoi les micros professionnels sont-ils tous à basse impédance ?

👉 Pour préserver la qualité de l’audio.

👍 Les microphones à faible impédance permettent de pouvoir utiliser de longs câbles, sans aucune dégradation du signal audio.

Si une dégradation audio venait à apparaître, elle prendrait, en théorie, la forme d’une atténuation des hautes fréquences.

🎤 Comme ceux à haute impédance, les micros à basse impédance atténuent les hautes fréquences (qui dépendent de la longueur du câble).

👂 Cependant, la coupure d’atténuation se produit à des fréquences qui sont au-delà du spectre audible. En d’autres termes, il est impossible d’entendre la différence.

 

L’impédance de charge d’un microphone

👉 L’impédance de charge d’un micro est l’impédance d’entrée de l’appareil audio, qui suit le micro dans la chaîne du signal.

La majorité du temps, l’appareil est un préamplificateur, mais il peut également s’agir d’un filtre, d’un pad etc.

Il faut que l’impédance de charge soit supérieure à l’impédance de sortie du microphone.

➡️ Elle doit-être au moins 10 fois plus élevé pour pouvoir obtenir les meilleurs résultats (transfert de tension maximum).

⚡ Ce transfert de tension maximum est appelé pontage (parfois confondu avec le terme adaptation d’impédance).

L’adaptation d’impédance implique d’avoir la même impédance à la sortie du micro, et à l’entrée du préamplificateur. Elle dégrade le signal audio.

 

Pourquoi l’impédance de charge doit dépasser l’impédance de sortie du micro ?

Dans le cas où le microphone est la source, et le préampli est la charge, alors :

• La sortie du microphone devient la sortie source
• L’impédance de sortie du micro devient l’impédance de sortie de la source

 

🔎 Voici la formule de transfert de tension entre une impédance de source, et une impédance d’entrée :

 

VL = ZL • VS / (ZL + ZS )

 

Où

• V_L = Tension à l’entrée du préampli
• V_S = Tension à la sortie du microphone
• Z_L = Impédance d’entrée du préampli (impédance de charge du microphone)
• Z_S = impédance de sortie du microphone

 

 

👉 Si tout reste constant, l’augmentation de l’impédance de charge Z_L se traduit par une correspondance plus étroite, entre la tension de sortie du microphone et la tension d’entrée du préampli.

Ce transfert de tension maximum est appelé pontage d’impédance, ou adaptation de tension.

L’élément le plus important est le pontage, et non l’adaptation d’impédance.

Si vous devez faire correspondre les impédances, la différence de tension entraînera une perte de signal importante au niveau du préamplificateur.

 

Impédance de charge sur la fiche technique

📝 Parfois, la fiche technique d’un micro comporte une valeur donnée, pour décrire son impédance de charge recommandée, ou impédance de charge nominale.

➡️ L’entrée micro du préampli doit correspondre, ou dépasser l’impédance de charge recommandée, pour que le micro fonctionne de façon optimale.

Toutes les autres spécifications du micro dépendent du respect, ou du dépassement de l’impédance de charge nominale.

C’est rarement un problème avec les équipements audio professionnels, mais c’est toujours bon à savoir.

 

Entrées & sorties haute impédance et basse impédance

✅ Le mieux est d’avoir une faible impédance de sortie du micro, et une impédance de charge relativement élevée (entrée du préampli).

Les préamplis modernes sont standardisés pour avoir une impédance d’entrée élevée. Il n’y a donc rien à craindre avec le pontage d’impédance microphone-préampli.

⚠️ Cependant, certains mélangeurs et préamplis offrent à la fois des entrées micro, et des entrées ligne. Il est donc important de connaître la différence entre les 2, afin de relier correctement le microphone et le canal du mélangeur.

Les entrées micro sont quasi toujours des XLR femelles, tandis que les entrées ligne sont généralement des prises TRS 1/4″. Brancher un microphone via XLR à une entrée micro, ne devrait donc pas poser de problèmes.

 

Niveau micro

• Les sources de niveau micro se situent dans la plage de -60 dBV à -40 dBV (0,001 V à 0,010 V), avec des impédances de sortie comprises entre 150 Ω et 200 Ω
• Les entrées de niveau micro (souvent XLR) sur les préamplis et les mélangeurs, ont généralement une impédance d’entrée d’au moins 1500 Ω, et attendent une tension d’un signal de niveau micro

 

Niveau ligne

• Les sources de niveau ligne sont généralement autour de 0 dBV (1 V), soit 100x à 1000x la tension d’un niveau micro
• Les impédances de sortie de niveau ligne sont souvent comprises entre 100 Ω, et 600 Ω
• Cependant, les entrées de niveau ligne (souvent TRS) ont une impédance de plus de 10 000 Ω, et attendent une tension d’un signal de niveau ligne

 

Niveau instrument

• Les sources de niveau instrument sont situées entre le niveau micro, et le niveau ligne. Elles ont souvent besoin d’un préampli, pour les amplifier jusqu’au niveau de ligne approprié
• Les impédances de sortie au niveau instrument peuvent devenir très élevées. Une guitare électrique peut, par exemple, avoir une impédance de sortie de 7 000 Ω à 15 000 Ω, voire plus
• Les entrées ligne des préamplis et des mélangeurs, peuvent être équipées d’un commutateur Hi-Z ou ligne/instrument

 

Tant que vous connectez votre micro à l’entrée micro, vous ne devriez jamais avoir à vous soucier de l’entrée, ou de l’impédance de charge.

 

Branchement d’une sortie Haute impédance dans une entrée Basse impédance

💥 Une sortie à haute impédance surchargera un préampli, si elle est dans une entrée de niveau micro à faible impédance. Cela entraînera une distorsion, et peut même aller jusqu’à endommager les circuits du préampli.

👉 Si vous souhaitez brancher un appareil (high-Z) dans une entrée micro de canal de mixage (low-Z), via un câble XLR, vous devrez mettre un boîtier DI (injection directe) en ligne, pour convertir le signal haute impédance à un signal basse impédance, avant l’entrée micro.

Il est conseillé de brancher le boîtier DI en ligne aussi près que possible, de la source à haute impédance. Le câble le plus long doit acheminer le signal converti à basse impédance, vers le préampli. Cela permettra de conserver davantage les fréquences hautes du signal audio.

 

Branchement d’une sortie Low-Z dans une entrée High-Z

🤔 Le problème ici, est que les entrées de ligne ou d’instrument Hi-Z, attendent un signal de ligne ou d’instrument. Les signaux de ligne et d’instrument ont des tensions beaucoup plus élevées, par rapport aux signaux de niveau micro.

🎤 Brancher un micro Low-Z dans une entrée instrument, ou ligne High-Z, produit un signal de bas niveau. Comme le signal audio sera proche du bruit de fond, toute amplification au niveau du préampli augmentera également le bruit.

Vous ne rencontrerez très certainement pas ce problème, si vous avez des connexions par câble XLR entre le microphone et l’entrée micro.

 

Plages générales d’impédance & de tension

Les plages générales d’impédance et de tension des différentes entrées, et sorties de signal, sont répertoriées dans le tableau ci-dessous :

Type d’entrée/sortie	Plage d’impédance typique	Plage de tension typique (nominale)
Sortie de niveau micro	50 Ω à 600 Ω	-60 dBV (1 mV RMS) à -40 dBV (10 mV RMS)
Entrée de niveau micro	1,5 à 15 kΩ	-60 dBV (1 mV RMS) à -40 dBV (10 mV RMS)
Sortie de niveau instrument (Hi-Z)	10 kΩ à 100 kΩ	-20 dBu (77,5 mV RMS)
Entrée de niveau instrument (Hi-Z)	47 kΩ à plus de 10 MΩ	-20 dBu (77,5 mV RMS)
Sortie niveau ligne (professionnelle)	75 à 600 Ω	+4 dBu (1,228 V RMS)
Entrée de niveau ligne (professionnel)	10 kΩ à 50 kΩ	+4 dBu (1,228 V RMS)
Sortie niveau ligne (consommateur)	75 à 600 Ω	-10 dBV (316 mV RMS)
Entrée de niveau de ligne (consommateur)	10 kΩ à 50 kΩ	-10 dBV (316 mV RMS)
Sortie de niveau haut-parleur	<100 mΩ	20 dBV à 40 dBV (10 V RMS à 100 V RMS)
Entrée de niveau de haut-parleur	4 Ω à 16 Ω (4,8 ou 16 Ω)	20 dBV à 40 dBV (10 V RMS à 100 V RMS)
Sortie auxiliaire	75Ω à 150Ω	-10 dBV (0,300 V efficace)
Entrée auxiliaire	>10 kΩ	-10 dBV (0,300 V efficace)
Sortie casque	0,1 Ω à <24 Ω	N/A
Sortie amplificateur casque	0,5 Ω à > 120 Ω	N/A
Entrée casque	8 Ω à 600 Ω	N/A

 

Pontage d’impédance entre les microphones à ruban & les préamplis

 

📈 Les micros ont besoin que leurs impédances de charge soient 10 fois supérieures à leurs impédances de sortie, pour pouvoir fournir des performances optimales.

🎤 Les micros passifs à ruban sont les plus sensibles pour ça.

 

Mais que se passerait-il si l’impédance de charge était trop faible ? 🤔

 

👉 Quand l’impédance d’entrée du préampli est trop faible, le microphone à ruban passif connecté subit plusieurs choses :

• Le ruban du micro peut s’amortir, ce qui provoque une limitation des mouvements et un son étouffé
• Plus de gain de préampli est nécessaire, ce qui peut aggraver le rapport signal/bruit
• La clarté des graves du signal du micro est compromise
• Des distorsions et des artefacts peuvent être introduits dans le signal
• Les transitoires sont atténués
• La réponse haut de gamme est compromise

 

Si vous souhaitez éviter tout ça, il faut donc vous assurer d’avoir une impédance d’entrée de préampli suffisamment élevée.

 

Impédance de sortie spécifique à la fréquence

💡 L’impédance de sortie du micro est spécifique à la fréquence.

Les microphones à ruban ont souvent un pic d’impédance de sortie spécifique à la fréquence, qui dépasse largement leur valeur d’impédance nominale.

👉 À la fréquence de résonance des micros à ruban, l’impédance de sortie peut atteindre plusieurs fois l’impédance de sortie nominale.

📉 L’impédance de charge nominale est inférieure à 5 fois, celle de l’impédance de sortie nominale.

 

Impédance interne des capsules de condensateur

 

Outre l’impédance de sortie et l’impédance de charge, il y a d’autres impédances de micro à connaître.

➡️ L’impédance interne des capsules de micro à condensateur est un facteur important, dans leur conception.

La conception de la capsule du condenseur est basée sur un condensateur à plaques parallèles. Le diaphragme mobile agit comme plaque avant, et la plaque arrière est fixe.

⚡ Ce condensateur fonctionne en maintenant une charge électrique fixe, qui est fournie par des moyens externes (alimentation fantôme ou alimentation externe), ou via un matériau à électret. Comme c’est le cas avec les micros à électret.

➡️ Avec une charge fixe, tout changement de capacité provoque un changement de tension inversement proportionnel. La capacité dépend de la distance entre les 2 plaques.

Donc, quand le diaphragme se déplace d’avant en arrière, et que la distance entre les plaques varie, une tension alternative (le signal micro) est produite.

 

Capsule de condensateur électrostatique

Cela est dû à la capsule de condensateur électrostatique. Cette capsule doit contenir une charge électrique constante, pour pouvoir fonctionner correctement.

👉 Pour que la capsule tienne cette charge, elle doit avoir une impédance très élevée. Cette impédance élevée empêche la charge électrique, de se dissiper hors de la capsule.

⚠️ Cependant, cette impédance élevée s’applique également aux fils électriques, qui transportent le signal du micro hors de la capsule. Un convertisseur d’impédance doit donc être ajouté, pour utiliser dans les meilleures conditions le signal du transducteur à capsule.

 

Convertisseurs d’impédance de microphone

👍 Pour pouvoir pleinement utiliser le signal à très haute impédance de sa capsule, un microphone à condensateur doit avoir un convertisseur d’impédance, immédiatement après sa capsule dans sa conception.

🤓 Les convertisseurs d’impédance de microphone (CI) peuvent être soit à tube à vide (comme les microphones à condensateur à tube), soit à transistor (comme les microphones à condensateur à semi-conducteurs/FET).

Les circuits intégrés à tube à vide, et les circuits intégrés à transistor, fonctionnent quasiment de la même manière. Ils ont tous 2 besoin de l’application d’une tension externe, afin de faire passer un courant électrique à travers eux (signal converti).

👉 Pendant que le circuit intégré fonctionne, le signal à haute impédance de la capsule est appliqué, et module un signal à faible impédance de niveau supérieur. Si un convertisseur d’impédance à une entrée et une sortie, alors le CI agit à la fois comme un amplificateur et un convertisseur d’impédance.