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Fonctionnement d’un haut-parleur
Comment est produit le son ?
Le son émit par le haut-parleur est généré par le déplacement d’avant en arrière d’une membrane, ce qui met en mouvement l’air ambiant, et produit des fréquences audibles.
Le nombre de déplacements de la membrane par seconde détermine la fréquence du son. Plus le nombre de déplacement avant/arrière de la membrane est élevé, plus la fréquence émise sera aiguë.
A l’inverse quand le nombre de déplacement de la membrane sera faible, le son sera plus grave.
Quand la membrane fait un aller/retour par seconde, elle produit une fréquence de 1Hz.
La “bande passante” audio est arbitrairement comprise entre 20 et 20 000 Hertz, ce qui signifie que la membrane peut se déplacer de 20 à 20 000 fois par seconde.
Si on raccorde la sortie d’un amplificateur au haut-parleur, le courant alternatif fourni par l’amplificateur va ainsi se transformer en énergie mécanique fournie par la membrane du haut-parleur, ce qui produit le son.
Comment fonctionne le haut-parleur ?
Un haut-parleur électrodynamique classique, comme ceux qui sont utilisés dans la majorité des enceintes acoustiques, fonctionne sur le principe d’une bobine placée dans le champ d’un électro-aimant. Quand on applique un courant alternatif à l’électro-aimant, la bobine vibre. Si on colle une membrane à la bobine on obtient du son. C’est tout simple !
Comment ça se passe en pratique ?
Le haut-parleur est constitué de deux parties :
– Une partie fixe, comprenant le châssis du haut-parleur, un aimant, deux plaques polaires et un noyau.
– L’équipage mobile comprenant une bobine mobile, une membrane, une suspension et un spider.
L'équipage mobile
Commençons par la partie mobile, c’est la plus importante.
Pour mettre l’air en mouvement, le haut-parleur utilise une membrane, le plus souvent en carton, mais qui peut également être construite en composite, en kevlar, en alliage aluminium/magnésium etc…
La membrane est prolongée d’une bobine mobile, a l’avant de la membrane est collée la suspension périphérique, et à l’arrière de la membrane est collé le spider qui est la suspension arrière.
Le rôle de la suspension et du spider est double :
– Ils permettent d’aligner et de centrer parfaitement la membrane et la bobine mobile dans l’entrefer.
– Ils exercent une force de rappel sur la membrane ce qui permet de limiter son excursion dans une zone contrôlée.
L’ensemble de ces pièces en mouvement s’appelle “l’équipage mobile”
La partie fixe
La partie fixe est constituée de trois éléments
- Le châssis du haut-parleur, vulgairement appelé “saladier, réalisé en acier, en aluminium, ou en plastique
- L’aimant en ferrite ou parfois en alliage néodyme plus léger
- Les plaques de champ avant et arrière ainsi que le noyau
Principe de Fonctionnement
Un haut-parleur électrodynamique convertit un signal électrique en un signal acoustique. Il est constitué de plusieurs composants clés :
- Membrane (Cône) : Généralement fabriquée en carton ou en un autre matériau léger et rigide, la membrane est responsable de la mise en mouvement de l’air pour créer des ondes sonores. Elle est fixée à une bobine mobile à l’arrière.
- Bobine Mobile : La bobine est enroulée autour d’un support cylindrique et se déplace dans un espace très étroit appelé entrefer, situé entre les pôles d’un aimant. Lorsque le courant électrique passe à travers la bobine, il crée un champ magnétique qui interagit avec le champ de l’aimant, produisant un mouvement de va-et-vient de la bobine et de la membrane.
- Aimant : L’aimant permanent crée un champ magnétique stable dans l’entrefer. La bobine mobile, lorsqu’elle est traversée par un courant électrique, interagit avec ce champ pour produire le mouvement nécessaire à la génération du son.
- Suspensions et Spider : Ces éléments maintiennent la membrane en place tout en permettant son mouvement. La suspension est située à l’avant de la membrane, tandis que le spider est à l’arrière. Ils assurent que la bobine mobile reste centrée dans l’entrefer et permettent un mouvement linéaire sans frottement
Fonctionnement Électrique
Le fonctionnement d’un haut-parleur électrodynamique peut être modélisé par un circuit électrique équivalent, notamment à basse fréquence.
Les paramètres de ce modèle, tels que l’impédance électrique, varient en fonction de la fréquence et des conditions de fonctionnement du transducteur.
Ces paramètres peuvent être mesurés et ajustés pour améliorer la performance et la modélisation du haut-parleur
Enceinte Acoustique
Pour fonctionner correctement, un haut-parleur électrodynamique doit être monté dans une enceinte acoustique.
L’enceinte permet de contrôler l’onde arrière produite par la membrane, évitant ainsi les interférences destructives avec l’onde avant qui pourraient réduire les performances, notamment dans les basses fréquences.
Les types d’enceintes les plus courants sont l’enceinte close et l’enceinte accordée (Bass-reflex)
En résumé
Le haut-parleur électrodynamique est un dispositif complexe qui repose sur des principes électromagnétiques pour convertir efficacement les signaux électriques en ondes sonores. Son design et son fonctionnement sont optimisés pour différentes gammes de fréquences, et il nécessite une enceinte acoustique pour une performance optimale.
