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L'acoustique à porté de main  
 
 

Les Haut-parleurs

 

Les haut-parleurs servent à la reproduction du son, c'est un fait. Mais il existe plusieurs façons de reproduire un son, ces différentes façons, nous les retrouveront en fonction du type de haut-parleur.
Comme dans de nombreux domaines, les haut-parleurs ont tous des caractéristique qui les différencient. C'est ce que nous allons voir.

  Les différents types de haut-parleur
Les caractéristiques d'un haut-parleur
 
 

Les différents types de haut-parleurs

Afin de reproduire au mieux les différents sons audibles par l'oreille humaine, il existe plusieurs types de haut-parleurs. Il existe un nombre conséquent de technologies différentes permettant de créer un haut-parleur. Les plus fréquemment utilisés sont les haut-parleurs électrodynamiques, piézo-électriques et électrostatiques.

 

Les haut-parleurs électrodynamiques
Les haut-parleurs électrostatiques
Les haut-parleurs pièzo-électriques
Les autres haut-parleurs

 

Les haut-parleurs électrodynamiques

L’aimant et le noyau constituent la culasse comportant soit un électro-aimant, soit un aimant permanent (généralement en ferrites ou alliages au cobalt). L’entrefer est entre l’aimant et le noyau.

La bobine mobile est sur un support cylindrique en bakélite, Nomex ou aluminium. Le bobinage est en cuivre et généralement de section ronde, ou pour des raisons spécifiques (comme pour une optimisation des performances), de section plate ou hexagonale. La bobine mobile qui est solidaire de la membrane oscille dans l’entrefer.

La membrane est un élément sensible du haut-parleur. En effet, elle doit être à la fois légère pour ne subir qu’une faible inertie et ainsi accroître sa bande passante et son rendement, et également rigide pour réduire les déformations et donc pour réduire les pertes par dissipation.

shéma HP

Sa forme est également primordiale car elle permet d’adapter la réponse aux fréquences et de réguler la courbe de directivité. Le matériau de la membrane peut être du papier cellulose, phénolé, imprégné de résine dure, en résines thermoplastiques ou en métaux. Il existe aussi des structures dites « sandwichs » (par exemple, du polystyrène recouvert d’aluminium). Ces textures ont des caractéristiques différentes et auront donc un comportement différent lors de la diffusion du son.

Le spider, aussi appelé bague de centrage est une suspension qui sert à maintenir la bobine mobile dans l’axe du noyau, au centre de l’entrefer. Celui-ci doit être assez rigide pour que la bobine mobile ne touche jamais l’aimant permanent mais doit être assez souple pour ne pas gêner les libres oscillations de la membrane. En effet, cela aurait pour conséquence de produire un son saturé et très désagréable à l’écoute.

La suspension périphérique relie la membrane au bâti du haut-parleur aussi appelé saladier qui est généralement en tôle d’acier. Celle-ci doit être souple car elle ne doit pas interférer dans les mouvements de la membrane. Elle n’est présente que pour maintenir la membrane en place.

Le cache noyau a pour but de protéger l’aimant permanent et la bobine mobile de la poussière, si un grain de sable se glissait entre l'aimant et la bobine, cela pourrait gêner le mouvement de la bobine et à terme la détériorer et causer des court-circuits.

Il existe des haut-parleurs utilisant la technologie électrodynamique qui ont été élaborés dans le but de diffuser de manière plus précise une plage de fréquence plus étroite. En effet, un haut-parleur est toujours limité dans sa conception à une plage de fréquence plus ou moins large.
Le haut-parleur étudié précédemment était un haut-parleur dit « large bande ». Pour les différentes plages de fréquence, les haut-parleurs sont soit, des tweeters pour les sons supérieurs à 5kHz, des médiums pour les sons centrés sur 1kHz, et des woofers pour des sons inférieurs à 500 Hz.

medium

On observe sur l’image que la conception d’un médium se rapproche de celle d’un haut-parleur électrodynamique classique. Mais ici la bobine est à l’extérieur de la membrane qui est axée sur le noyau. La membrane est maintenue par une suspension souple et oscille dans l’entrefer. Cette membrane est ici appelée « dôme ». Le matériau utilisé pour le réaliser peut être le polymère, le titane, le néodyme doré, l’aluminium, la fibre de verre, le textile ou encore le papier. Il peut être de forme convexe ou concave. La plage de fréquences, supportée par un dôme est de 3kHz à 20kHz. Ces fréquences englobent donc la limite supérieure des fréquences audibles par l’oreille humaine (entre 16Hz et 20kHz). On peut donc utiliser ce type de membrane pour réaliser des tweeters (ou reproducteurs de sons aigus). Mais ce type de haut-parleur a tendance à s’échauffer très rapidement. On utilisera donc un ferrofluide qui sera injecté dans l’entrefer.


Ce type de haut-parleur peut avoir différentes formes (voir : formes de haut-parleur) ce qui influera sur la qualité des sons produits. Mais cela permettra une sélectivité importante de la plage de fréquence à traiter et pourra répondre à un encombrement spécifique.
Il existe également d’autres types de haut-parleurs électrodynamiques permettant de couvrir une plage de fréquences spécifiques (voir : les haut-parleurs et leurs fréquences d’utilisation). La possibilité de les combiner pour obtenir une couverture totale des fréquences audibles sera abordée plus tard.

 

Les haut-parleurs électrostatiques


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haut-parleur électrostatique

Le haut-parleur électrostatique fonctionne sur le principe d’un condensateur dont on aurait fixé une des deux armatures. Celles-ci s’attirent plus ou moins lorsque l’on applique une tension alternative entre elles à cause des charges alors présentes. L’armature mobile se déplace ainsi à la même fréquence que la tension délivrée.


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Schéma d'un HP électrostatique

On peut voir sur l’image de droite une couche isolante élastique permettant d’éviter tout court-circuit entre les deux armatures. Le ressort permet de maintenir la membrane (qui ici est métallisée) toujours tendue.
Le signal d’entrée vient sur l’armature fixe alors que l’armature mobile est reliée, comme le bâti, à la masse.

On utilise principalement cette technologie pour réaliser des tweeters car, du fait de sa conception, elle ne peut diffuser des sons de faibles fréquences qui imposeraient des oscillations de trop fortes amplitudes de l’armature mobile. Ce système électrostatique est un système dit « réciproque ». C’est-à-dire qu’il peut fonctionner en tant que capteur (Micro).

C’est une technique très utilisée notamment pour des interphones d’immeubles. Mais cette technologie est très peu utilisée car elle connaît de nombreux inconvénients. En effet, elle nécessite une tension continue très grande (250 à 300V) pour fonctionner de manière optimale et produire un son non saturé. Ce qui est inadapté aux nouvelles technologies à transistor. De plus, construire ce type de haut-parleur induit de gros problèmes de fabrication. En effet, pour que ce système fonctionne de manière linéaire, et donc optimale, il doit fonctionner à charge constante et les armatures, ou électrodes, doivent être constamment, parfaitement parallèles.

 

   
   
© Copyright 2006 Martin TRINQUART