Microphone serre-tête : comment le positionner pour éviter les bruits de souffle de la bouche et du nez

Résumé

Lorsqu’un microphone est placé à proximité de la bouche et du nez, il peut être exposé aux déplacements d’air produits par la personne qui le porte lorsqu’elle parle, respire, rit, tousse ou éternue. Certaines consonnes, comme les sons « p », « f » ou « s », génèrent des déplacements d’air importants.

La direction et l’intensité de ces déplacements d’air varient d’une personne à l’autre. L’importance du souffle par rapport à la voix dépend notamment du niveau de parole, de la nervosité de la personne et de son activité physique : marche, danse, etc.

Pour déterminer où placer le microphone, nous avons testé plusieurs positions devant le visage. Parmi celles-ci, la position la plus proche de la bouche sans être directement exposée à l’air provenant de la bouche ou du nez se trouve à hauteur de la base du nez, à environ 38 mm sur le côté par rapport à l’axe central du visage. Si l’on souhaite placer le microphone à hauteur de la bouche, il faut l’éloigner davantage sur le côté pour éviter les bruits de souffle sans utiliser de bonnette anti-vent.

Pourquoi utiliser un microphone serre-tête ?

Un microphone serre-tête présente de nombreux avantages. Le principal est qu’il accompagne les mouvements de la tête et maintient ainsi une distance constante avec la source sonore. Sa proximité avec la bouche permet de capter la voix à un niveau élevé. Avec un microphone directionnel, on peut également tirer parti de l’effet de proximité.

En revanche, si le microphone est trop proche de la bouche, il peut être directement exposé aux déplacements d’air produits par des consonnes comme « p » ou « f », ou simplement par la respiration. Selon sa sensibilité aux déplacements d’air et l’efficacité de sa protection anti-vent, des bruits de souffle peuvent alors apparaître.

Restituer une voix naturelle

Nous savons comment une voix doit sonner : dans une conversation normale, nous avons l’habitude de l’entendre à une distance d’environ un mètre. Lorsque nous l’écoutons ou l’enregistrons plus près de la bouche, son équilibre spectral peut changer [1].

Lorsque le microphone est décalé sur le côté du visage, hors de l’axe de la bouche, il peut capter moins de hautes fréquences de la voix. Cette atténuation doit alors être compensée par la réponse en fréquence du microphone ou par un traitement du signal.

À un mètre de la personne qui parle, les claquements de langue et autres bruits de bouche passent généralement inaperçus. En revanche, ils peuvent devenir très audibles lorsque le microphone est placé près de la bouche. Il faut donc y prêter attention pour les éviter ou, si nécessaire, les atténuer [2].

Réduire les bruits ambiants

Dans de nombreuses situations, placer un microphone omnidirectionnel près de la bouche ne suffit pas à atténuer les bruits ambiants. On utilise alors un microphone à gradient de pression. Sa directivité permet de privilégier la voix tout en réduisant la captation des bruits environnants. Toutefois, la surface de la tête peut réfléchir une partie de ces sons vers le microphone.

Le principal avantage d’un microphone à gradient de pression reste toutefois l’effet de proximité : les basses fréquences sont renforcées à mesure que la capsule se rapproche de la source sonore. DPA Microphones ajuste donc la réponse en fréquence pour qu’elle soit relativement linéaire à proximité de la bouche. Les basses fréquences des sources sonores éloignées sont ainsi fortement atténuées (voir figure 1).

Figure 1. Atténuation des sources sonores éloignées par un microphone à gradient de pression (DPA 6388), à 0°. La réponse en fréquence est linéaire lorsque le microphone est placé à 30 mm de la bouche.

Pour obtenir les meilleures performances, le microphone doit rester bien en place pendant l’utilisation et être protégé des déplacements d’air. Un microphone à gradient de pression est en effet généralement plus sensible aux bruits de souffle qu’un microphone à pression [3], [4].

L’expérience

Cette étude répond à une problématique concrète : repérer les zones exposées aux déplacements d’air provenant de la bouche et du nez lorsque l’on parle, prononce certaines consonnes ou respire. Nous n’avons pas étudié le rire, la toux ni les éternuements, qui peuvent eux aussi produire des courants d’air involontaires, mais particulièrement intenses au niveau du microphone.

Les consonnes méritent une attention particulière, car elles jouent un rôle essentiel dans les langues occidentales. C’est notamment grâce à elles que l’on peut se faire comprendre en chuchotant, sans faire vibrer les cordes vocales. Les consonnes étudiées ici sont produites en bloquant brièvement l’air ou en le faisant passer dans un espace étroit entre la langue, les lèvres ou les dents (voir encadré A).

Plusieurs études s’appuient sur des modèles mathématiques pour comprendre comment ces déplacements d’air se forment dans différentes conditions. L’étude [5], consacrée aux flux d’air dans le plan vertical, montre que des consonnes comme « f » ou « s » peuvent générer une vitesse d’air allant jusqu’à 20 m/s au niveau des lèvres. Ce flux peut être dirigé selon des angles très variables, vers le haut ou vers le bas. Nous avons cherché à repérer les zones qu’il atteint, aussi bien verticalement qu’horizontalement.

Le dispositif de mesure

Pour cette expérience, nous avons conçu un dispositif de mesure composé de dix microphones miniatures DPA 4060, répartis à intervalles réguliers devant le visage. Il permet d’enregistrer simultanément le son et les perturbations provoquées par les déplacements d’air (voir figure 2).

Le dispositif ne couvrait qu’une moitié du visage. En supposant que l’air sort de la bouche et du nez de façon symétrique à gauche et à droite, les mesures permettent d’étudier l’équivalent de 17 positions autour de la bouche et du nez.

Même si les microphones omnidirectionnels sont moins sensibles aux déplacements d’air que les modèles directionnels, ils peuvent eux aussi produire des bruits indésirables lorsqu’ils sont directement exposés à un flux d’air important.

Figure 2. Dispositif de mesure couvrant une moitié du visage, équipé de microphones DPA 4060 espacés de 19 mm, horizontalement et verticalement.

Les microphones étaient espacés de 19 mm, horizontalement et verticalement. Cet espacement permettait de couvrir la zone du visage étudiée avec le nombre de microphones disponibles. Chaque microphone était placé à environ 10 mm du visage.

La rangée supérieure comprenait trois microphones (positions 1 à 3), numérotés depuis l’axe central du visage vers l’extérieur. Le premier était placé juste sous le nez (voir figure 3).

La deuxième rangée comprenait quatre microphones (positions 4 à 7). Le premier était placé directement devant la bouche, à hauteur du bord inférieur de la lèvre supérieure lorsque la bouche était fermée.

La troisième rangée, située 19 mm sous la deuxième, comprenait trois microphones (positions 8 à 10), disposés comme ceux de la rangée supérieure.

Figure 3. Positions des microphones correspondant à la photo de la figure 2.

Les signaux des microphones ont été enregistrés au format numérique.

Le déroulement des essais

Chaque participant portait le dispositif et servait de source sonore. Une minute de parole permet d’obtenir un spectre moyen représentatif de la voix. Pour cette partie de l’expérience, nous avons toutefois repéré les microphones affectés par les déplacements d’air simplement à l’écoute.

Nous avons écouté les enregistrements d’une minute de parole normale pour repérer les bruits provoqués par les déplacements d’air (voir figure 4).

Les participants ont ensuite prononcé une série de consonnes. Nous avons relevé celles qui produisaient des déplacements d’air atteignant les microphones (voir figure 5).

Les participants ont également soufflé dans différentes directions : droit devant eux, vers le haut, vers le bas, à gauche, à droite, puis en effectuant un mouvement circulaire. Nous avons relevé les positions des microphones atteints par ces flux d’air.

Enfin, nous avons analysé les effets d’une respiration forte, d’abord uniquement par la bouche, puis uniquement par le nez.

Huit personnes ont participé à l’expérience : deux femmes et six hommes. Le dispositif a été ajusté à la forme du visage de chaque participant.

Resultats

Les résultats sont présentés dans les figures 4 à 7. Pour chaque position de microphone et chaque situation testée, les chiffres et les couleurs indiquent le pourcentage arrondi de participants chez lesquels des perturbations dues aux déplacements d’air ont été détectées :

0 % : aucun participant

13 % : un participant sur huit

25 % : deux participants sur huit

38 % : trois participants sur huit

50 % : quatre participants sur huit

63 % : cinq participants sur huit

75 % : six participants sur huit

88 % : sept participants sur huit

100 % : les huit participants

Parole

Figure 4. Pendant une minute de parole normale, les six microphones placés sur l’axe central du visage ou à 19 mm de celui-ci sont les plus exposés aux bruits de souffle. Seul le microphone en position 3 n’en a capté aucun.

Consonnes

Figure 5. Microphones atteints par les déplacements d’air produits lors de la prononciation de différentes consonnes. Dans tous les cas, le microphone en position 3 reste épargné. Certaines consonnes, comme « s », dirigent davantage l’air sur les côtés que vers l’avant.

Souffle volontaire

Figure 6. Effets observés lorsque les participants soufflent par la bouche, sans parler. Les deux microphones de la rangée supérieure situés à 19 et 38 mm de l’axe central du visage ne sont pas atteints par le flux d’air.

Respiration

Conclusion

Chaque personne a sa propre façon de parler. La taille de la bouche, la position de la mâchoire et d’autres caractéristiques influencent la direction des déplacements d’air provenant de la bouche et du nez. Un microphone serre-tête offre une grande liberté de mouvement et permet d’obtenir un gain élevé avant l’apparition du Larsen. Pour l’utiliser sans protection anti-vent supplémentaire, il est toutefois essentiel de bien le positionner.

Lors de l’expérience, la position testée la plus proche de la bouche sans être exposée aux déplacements d’air de la personne se situait à 38 mm de l’axe central du visage, à hauteur de la base du nez (position 3, voir figure 3).

Si, pour des raisons esthétiques, vous préférez placer le microphone sur le côté, à hauteur de la bouche, décalez-le davantage, à environ 57 mm de l’axe central du visage. Chez certaines personnes, la prononciation de certaines consonnes peut toutefois diriger de l’air vers cette position.

Encadré A : Les consonnes occlusives et fricatives

Les consonnes les plus susceptibles de générer des déplacements d’air sont les occlusives, comme « p », « t » et « k », et les fricatives, comme « f » et « s ».

Les consonnes occlusives

Mécanisme le passage de l’air est brièvement bloqué par les lèvres ou la langue. La pression augmente dans la bouche, puis l’air est libéré brusquement.

Vitesse et débit de l’air : les consonnes occlusives produisent une brève et puissante expulsion d’air, plutôt qu’un flux continu. Au moment où l’air est libéré, le débit maximal se situe généralement entre 0,1 et 1 litre par seconde. Sa vitesse peut atteindre 5 m/s, selon la consonne prononcée et la présence ou non de vibrations des cordes vocales.

La vitesse de l’air diminue rapidement avec la distance. Mais lorsqu’il frappe directement la membrane d’un microphone placé près de la bouche, il peut provoquer un bruit sourd dans les basses fréquences ou une distorsion : c’est ce que l’on appelle un « pop ».

Sourdes : « p », « t », « k », produites sans vibration des cordes vocales.

Sonores : « b », « d », « g », produites avec vibration des cordes vocales.

Les consonnes fricatives

Mécanisme: l’air passe dans un espace étroit formé par les lèvres, les dents ou la langue. Ce passage crée des turbulences qui produisent le son caractéristique de ces consonnes.

Vitesse et débit de l’air : les consonnes fricatives produisent un flux d’air continu, à vitesse modérée, qui dure bien plus longtemps que la brève expulsion d’air d’une consonne occlusive.

L’anglais compte neuf sons fricatifs. Leur nombre varie selon les langues [6] :

Lèvres et dents : /f/, /v/

Langue et dents : /θ/, comme dans think, et /ð/, comme dans this.

Langue près de la zone située juste derrière les dents supérieures : /s/, comme dans see, et /z/, comme dans zoo./

Langue un peu plus en arrière : /ʃ/, comme le son « ch » de chat, et /ʒ/, comme le son « j » de jour.

Au niveau de la gorge : /h/, comme dans le mot anglais hat.

Source: [4]

Encadré B : Remarques sur l’expérience

Cette expérience n’a porté que sur huit participants, ce qui constitue un échantillon limité. Les résultats obtenus semblent néanmoins cohérents.

Des expériences complémentaires sont nécessaires, notamment pour mesurer la façon dont la tête réfléchit le son selon l’angle d’incidence. Ces réflexions peuvent provoquer un filtrage en peigne, c’est-à-dire renforcer certaines fréquences et en atténuer d’autres.

Il serait également utile de quantifier les variations de l’équilibre spectral de la voix selon la position du microphone.

Nous étudierons ces questions lors de prochains essais. Chaque expérience prépare la suivante.

References

[1] Brixen, Eddy B.: Spectral degradation of speech captured by miniature microphones mounted on persons’ heads and chests. AES Convention no. 100, Copenhagen, Denmark. Preprint 4284. 1996.

[2] What is close miking & why use it?

[3] Brixen, Eddy B.: Wind Generated Noise in Microphones - an Overview - Part I. AES Convention 120, Paris, France. Preprint 6635. 2006.

[4] Brixen, Eddy B.: Wind Generated Noise in Microphones - an Overview - Part II. AES Convention 121, San Francisco, CA, USA. Preprint 6879. 2006.

[5] Mofakham, Amir A.; Helenbrook, Brian T.; Erath, Byron D.; Ferro, Andrea R.; Ahmed, Tanvir; Brown, Deborah M.; Ahmadi, Goodarz: On the variation of fricative airflow dynamics with vocal tract geometry and speech loudness. Aerosol Science and Technology, Volume 56, 2022, Issue 5.

[6] WALS Online - Chapter Voicing in Plosives and Fricatives.