Diffraction acoustique de surface

Un métamatériau au service de la prise de son

Dans le bas de la section genèse, j'ai relaté très brièvement ce matériau spécifiquement développé pour le contrôle du bruit dans un contexte de réduction ou d'amélioration sonore des produits industriels.
 Plus d'information, visiter le site de l'industriel suédois
 Acustimet, un matériau d'isolation acoustique en métal.

Il se trouve que la propriété de diffraction acoustique de surface apportée par le design à microperforations et le principe de perte de charge acoustique du matériau a suscité mon intérêt pour le montage de microphone en surface, laquelle assurant par ailleurs un écran pour le masquage de sources sonores situées à l'arrière.

Ce concept industriel astucieux réduit grandement la réflexion des ondes sonores incidentes et notamment élimine les phénomènes de filtrage en peigne ou de pics de résonance, ennemis redoutés en prise de son.

Principe directeur de cette exploration:  besoin de trouver une solution de captation fortement différenciée d'objets sonores positionnés dans un cône d'angle de +- 55° à l'avant d'un microphone omnidirectionnel avec une atténuation latérale suffisante et une réjection forte de tout ce qui  trouve au delà de +- 120°.
Par exemple,  pour permettre la mise en place du dispositif entre un ensemble de chœur traditionnellement distribué sur une grande largeur et un orchestre de petite ou moyenne taille, ou focaliser la prise dans un environnement de champ diffus comme un brouhaha de public, salle de réception.
Motivation financière: obtenir une directivité marquée avec peu d'impact négatif partant d'un micro omnidirectionnel, ne disposant pas encore de micros à directivité cardioïde ou hyper-cardioïde ... 
Je me suis donc équipé de panneaux de taille moyenne (400*600 mm) recevant le micro central, avec un montage affleurant de la capsule avec verrouillage dans un presse-étoupe, ayant par ailleurs un effet de gain sur la partie haute du spectre de fréquences (très similaire aux sphères d'égalisation acoustique proposées par DPA pour les micros 4003 omnidirectionnels que j'ai utilisé pour mes essais).
Le tout est monté ensuite sur un pied ordinaire d'enceinte de sonorisation avec une articulation permettant une légère inclinaison du panneau.

Objectif plus qu'atteint

Sur un premier front d'onde, donc un contexte de champ direct, le résultat est très satisfaisant, avec une onde réfléchie à moins de 210 microsecondes de retard et d'amplitude crête entre -8 dB à -14 dB dans un secteur d'angle de prise compris entre 0° et +- 45°.
C'est d'ailleurs pile dans l'axe frontal que la performance est relativement la moins bonne.

Côté réponse en fréquence évaluée au delà de 1600 Hz, limite due au temps d'analyse très court, on constate l'absence totale de filtrage en peigne et de résonance critique, et ce dans tout l'intervalle d'angle visé (< +- 60°).
A mon avis, l'ondulation de +- 3dB  du spectre visible ci-dessous provient du manque de planéité mécanique du panneau pour ce qui relève des fréquences médianes et de l'effet d'égalisation par le presse-étoupe dans les fréquences hautes. Elle tend à s'aplanir au delà de 45°.

Niveaux de réjection remarquables en incidence latérale et en secteur arrière

Le tableau résumé ci-dessous donne l'ordre de grandeur de l'atténuation en dB crête qui est de l'ordre de 10dB à 90° jusqu'à 23 dB à 180°, mieux que les  microphones à gradient de pression au prix d'une légère post égalisation corrective pour lisser le spectre.
Mais cela resterait à en vérifier la nécessité sur de la musique ...

Dans le secteur arrière proche du panneau exposant des objets sonores à atténuer au mieux possible, on retrouve l'atténuation fréquentielle qui s'accentue au fur et à mesure que l'on approche de l'axe arrière à la perpendiculaire du microphone.
Et ce , malgré la présence des microperforations réduisant la perte de charge acoustique dans cette direction de propagation des sons.

Question de phase relative

A noter, la courbe caractéristique de fluctuation de phase raisonnable qui ne se produirait cependant pas avec un microphone de pression omnidirectionnel.
Elle est à l'origine de la forme de réponse fréquentielle du premier graphique ci-dessus, courbe violette de l'incidence frontale 45°.
La question de la phase n'est pas à mon sens un problème dans la mesure ou l'usage du dispositif est en totale décorrélation d'autre micros d'appoint, et pour une prise AB à espacement préférentiellement large ou distante.
Cet aspect visuel - en sus de l'indentation mécanique du métamatériau - m'ont déterminé dans le design de la bannière associée à mes panneaux.
Cependant, pour l'instant je n'ai pas encore réfléchi à les baptiser.

Conclusion

Obtenir une forte directivité avec un microphone omnidirectionnel, voilà qui est fait.
Il me reste à le soumettre à l'épreuve du son en condition musicale réelle pour acter le comportement en environnement de champ diffus ou partiellement réverbérant.
J'espère pouvoir m'équiper dans le futur de micros cardioïdes DPA* que je pourrais utiliser comme tels en appoint, mais aussi en les installant sur mes panneaux en obturant leur grille latérale par le gland du presse étoupe, ce qui revient au final à les faire fonctionner en pression, donc omnidirectionnels.
Un moyen d'ajuster la proportion de champ direct / champ réverbéré à la prise avec plus d'options.

* choix motivé par le diamètre du presse-étoupe parfaitement adapté aux 19mm de chez DPA