Haut-parleur

Pour larticle homonyme, voir Le haut-parleur (re-vue).Un haut-parleur ou hautparleur[1] est un transducteur

Un haut-parleur

Bobine

Bornes de connexion

Aimant

Chssis

Membrane

Schma de coupe d'un haut-parleur

lectroacoustique destin produire des sons partir d'unsignal lectrique. Il est en cela l'inverse du microphone.Par extension, on emploie parfois ce terme pour dsignerun appareil complet destin la reproduction sonore (voirEnceinte).Trois types de haut-parleurs, lectrodynamique,lectrostatique et pizolectrique, reprsentent les tech-

nologies actuelles les plus courantes. Le haut-parleurlectrodynamique, couvrant environ 99 % du march, aencore un fonctionnement relativement simple pour unetechnologie de masse.Le haut-parleur est une invention dj centenaire. Le 10dcembre 1877[2], le premier brevet concernant un haut-parleur bobine mobile fut accord Werner von Sie-mens. Le haut-parleur remplit une gamme trs varied'applications : on trouve des haut-parleurs aussi biendans des cartes de vux que relis des amplicateursde puissance pour concert.

1 Haut-parleur de typelectrodynamique

1.1 Principe de fonctionnement

Coupe dans le moteur du haut-parleur : bobine et suspension ar-rire (spider)

Il fonctionne selon le principe suivant :

1. Unmoteur transforme l'nergie lectrique en nergiemcanique ;

2. ce moteur transmet cette nergie mcanique lamembrane ;

3. la membrane transmet l'nergie mcanique l'airambiant d'o le son.

4. la membrane est libre de mouvement car elle est di-rige dans l'axe de l'entrefer par le spider et la sus-pension.

1

2 1 HAUT-PARLEUR DE TYPE LECTRODYNAMIQUE

Le moteur est constitu comme suit :

Un ensemble gnrant un champ magntique B per-manent (invariable dans le temps) dans un espacedonn appel entrefer. Cet espace est dtermin parla gomtrie mcanique cc du moteur (voir plusloin). La source de champ magntique est gnrale-ment un aimant permanent de type torique, de faiblepaisseur relative par rapport sa surface, polari-s dans le sens axial. Dans les anciens rcepteurs tubes, ce champ magntique tait produit par unebobine qui servait galement d'inductance de l-trage dans l'alimentation. Cette technique est tom-be en dsutude ds lors que des aimants perma-nents de cot et de qualit raisonnables sont apparussur le march. Le champ est concentr dans la cu-lasse (plaque colle sur la face arrire de l'aimant),puis rorient par le noyau central cylindrique versla face oppose de l'aimant. Le champ en face avantest orient dans la plaque de champ.

Une bobine de l (de cuivre ou d'aluminium etmoinscouramment d'argent) sur un support cylindrique (enpapier, aluminium, Kapton, bre de verre ou uncomposite de ces matriaux) est plonge dans cetentrefer dans le sens axial.

Lorsqu'un courant parcourt cette bobine, du fait dela tension que l'on xe ses bornes, une force (F)tend faire sortir la bobine du champ B de l'entreferdans le sens axial. cette force est dnie par la for-mule F=B*L*i*sin() (Force de Laplace), B tantle champ dans l'entrefer, L la longueur de l de labobine introduite dans l'entrefer, i le courant par-courant la bobine, et l'angle (alpha) qui est gal l'angle entre le vecteur B et le vecteur I : donc dansle cas du haut-parleur, sin() sera toujours gal 1.La force F est proportionnelle i, si B est constant(ce qui est le cas si l'ensemble magntique est bienconu) et si L est constant quel que soit le dplace-ment de la bobine : il faut donc veiller ce que labobine soit monte symtriquement par rapport auchamp, de manire que la longueur de l qui sort del'entrefer soit compense par celle qui rentre dansl'entrefer.

La modlisation mathmatique du haut-parleur reposelargement sur les travaux de Thiele et Small. Dans ce mo-dle, le haut-parleur est caractris grce aux paramtresde Thiele et Small (Thiele/Small parameters). Malgrcertaines insusances lies la complexit du transduc-teur qu'est le haut-parleur, ce modle reste le plus lar-gement utilis ce jour par les concepteurs de matriellectro-acoustique.

1.2 Refroidissement du haut-parleurLa double conversion nergtique, lectrique-mcaniquepuis mcanique-acoustique n'est pas parfaite. La conver-sion lectromcanique se fait avec une perte de rende-ment essentiellement par eet Joule.Lutter contre cette chaleur permet :

de maintenir les caractristiques lectriques de labobine mobile.

de ne pas atteindre le point de curie de son mo-teur magntique an de garder le ux magntiqueconstant.

de ne pas entraner de dgts physiques sur les lscomposant la bobine.

Ces trois paramtres sont importants pour maintenir unedistorsion la plus basse possible lors du dplacement dela bobine. La distorsion apparat lorsque les mouvementsde la bobine ne sont plus une fonction linaire du cou-rant. Les solutions des constructeurs sont toutes fondessur une des deux approches suivantes :

La rduction de la consommation. la dissipation thermique.

1.2.1 La rduction de la consommation

La rduction de la consommation lectrique se fait enaugmentant le champ magntique ou en augmentant lenombre de spires qui se trouvent dans ce champ (voirla formule de l'inductance), ce qui permet de rduirel'intensit lectrique tout en ayant un niveau sonore qui-valent.En rduisant la masse de la membrane ou en assouplis-sant la suspension, on rduit la charge et donc aussi laconsommation lectrique.

1.2.2 La dissipation thermique

La chaleur est fabrique par la bobine mobile selon la for-mule RI2 . avec :

R : la rsistance en courant continue de la bobine I : lintensit en ampre du courant traversant la bo-bine.

Cette chaleur est bloque par la membrane et le spiderpour la partie avant. larrire son vacuation est freinepar les plaques de champ et le noyau central ou une cu-lasse. Pour lvacuer, il existe plusieurs solutions qui sontsouvent utilises conjointement.

3Une membrane radiateur. La bobine mobile xe lamembrane peut transmettre la chaleur cette derniresi la rsistance thermique entre ces dernires est faible.Ce systme est utilis sur les AE1 de la socit AcousticEnergy. La membrane mtallique agit comme un radia-teur. Une AE1 admet 200 watts ecaces pour un 90 mm.

Les radiateurs additionnels. En ajoutant des radiateurs surle pourtour de la culasse du haut-parleur, on vacue lachaleur capte par les plaques de champ et le noyau cen-tral. Chez Boston Acoustique, cette solution est surtoututilise sur les tweeters.En introduisant une tige mtallique dans le noyau cen-tral relie un radiateur, la chaleur est conduite par cettepasserelle thermique vers lextrieur de lenceinte. Deplus elle permet de rigidier le coret en se comportantcomme un tasseau.Des puits daration. En perant le noyau central ou la cu-lasse on cre un passage dair. La chaleur transmise aunoyau central par la bobine est vacue par ce puits. Cestle Vented Gap Cooling de JBL. Ce systme ore un re-froidissement limit la partie de la bobine proche de lapartie avant. JBL a invent une solution qui ventile la bo-bine par trois petits puits dans la priphrie du noyau cen-tral. Lair atteint directement le cur de la bobine, cestle Super Vented Gap de JBL. La compression dynamiqueest maintenue quelques dcibels. Un haut-parleur ayantune bobine de faible diamtre comme les EV subira unecompression de l'ordre de 7 dB.Une solution plus simple est de percer de part en part laplaque arrire et le noyau central ou la culasse. Le troudbouche sur la plaque de champ arrire. Plusieurs solu-tions dvacuations sont possibles.Le watercooling. En insrant un ferrouide dans lentre-fer, on diminue la rsistance thermique par rapport lairet on transmet mieux la chaleur aux plaques de champavant et au noyau central qui lvacuent ensuite. Cest unesolution mise en place chez Dynaudio et sur de nombreuxtweeters comme chez Audax. Les particules font environ10 nm et sont base de Fe3O4 . Cette matire est aussiun frein aux dplacements de la bobine diminuant aussile rendement global du moteur. La puissance admissiblepar contre fait un bond et la courbe dimpdance pour lestweeter est trs amortie orant par consquent un ltrage pente plus faible possible. Cette solution sest gnrali-se chez de nombreux fabricants.La ventilation latrale. En disposant des aimants circu-laires non jointifs autour de la bobine, on facilite le pas-sage de lair vers lextrieur, diminuant ainsi la tempra-ture. Focal adopte le multi-aimants sur ses systmes hautde gamme.En installant un espace entre le saladier et le spider, pourassurer une circulation d'air, la bobine est refroidie sur sapartie avant comme sur la gamme stratos de Triangle.

2 Les haut-parleurs lectrosta-tiques

Une membrane plane, charge de reproduire toutes lesfrquences, est recouverte d'une pellicule conductricecharge avec une dirence de potentiel de plusieurs mil-liers de volts continu par rapport la masse (environ 5000volts). La membrane est mise en mouvement par desconducteurs nonmobiles, xs de chaque ct de la mem-brane. Ces ls sont parcourus par le signal audio, dont latension est adapte par un transformateur lectrique, ilsattirent ou repoussent ainsi statiquement la membrane.Comme la membrane reproduit toute la gamme de fr-quences, il n'y a pas de distorsion dite de crossover.

3 Utilisation de nanocomposantsUn prototype de haut-parleur thermo-acoustique [3] ul-tran et ultraplat , bas sur une structure en nanotubesde carbone incorpore dans un lm trs n (200 m) depolytrphtalate d'thylne (PET) couvert d'une coucheconductrice, a t prsent[4] en fvrier 2010. Il est ac-tiv par une tension, applique entre les deux cts dulm. Cette tension chaue et dilate brutalement des na-notubes de carbones, ce qui produit un son. Quand le si-gnal lectrique cesse, les nanotubes reprennent leur formeet position antrieures. Le temps trs rapide de rponsedes nanotubes de carbones est assez bref pour retranscriredes frquences de 20 20 000 Hz, quivalent la per-ception de l'oreille humaine. Les bres de nanocarbonespouvant tre dangereuses en cas d'inhalation ou de pn-tration de l'organisme, la fabrication, et la n de vie de cehaut-parleur risquent de poser problme, tout en intres-sant ceux qui veulent encore miniaturiser les dispositifsauditifs. L'intensit sonore reste faible, mais si elle pou-vait tre amliore, un cran d'ordinateur, un tableau ouun papier peint[5] pourraient devenir des haut-parleurs.

4 TypesOn distingue gnralement quatre types de haut-parleurs :

1. Woofer ou Boomer, haut-parleur des graves ;

2. Mdium, haut-parleur des mdiums ;

3. Tweeter, haut-parleur des aigus.

4. Large bande, haut-parleur reproduisant une largegamme de frquences, souvent l'essentiel du spectreaudible

Deux types spciques peuvent tre ajouts cette clas-sication :

4 7 ANNEXES

1. Subwoofer, haut-parleur des infra-graves ;2. Super tweeter, haut-parleur pour les extrme-aigus.

Ces divisions sont nanmoins articielles et ne se re-trouvent que rarement dans les dnominations utilisespar les fabricants.

5 Caractristiques techniquesUn haut parleur possde plusieurs caractristiques tech-niques dont il faut tenir compte en fonction de l'utilisationque l'on compte en faire :

La puissance ecace ou RMS (Root Mean Square),exprim en watts.

La puissance de crte, exprime en watts. C'est lapuissance que le haut-parleur peut supporter de ma-nire ponctuelle.

La bande passante, exprime en hertz. Elle corres-pond la plage de frquence que le haut-parleur peutrestituer. En fait, pour une exploitation srieuse decette donne, il faut disposer d'une courbe de r-ponse.

La sensibilit ou ecacit, exprime en dcibels (etsouvent baptis tort rendement). Il sagit de la pres-sion acoustique mesure un mtre du haut-parleur,lorsqu'on lui fournit un niveau de 2,83 V ecaces(correspondant une puissance d'un watt sur chargede 8 ohms).

L'impdance, exprime en ohms. Il sagit d'une im-pdance normalise pour les utilisations de base. Lencore, une tude approfondie exige de disposer deson trac sur un diagramme de Bode.

Une vritable exploitation des caractristiques d'un haut-parleur de qualit (pour la Haute Fidlit, la sonorisationet autres applications professionnelles) demande de dis-poser des paramtres de Thiele et Small[6].

6 Notes et rfrences[1] Orthographe issue de la Rforme de lorthographe de

1990.[2] (en) site de l'universit de San Diego[3] Site consacr la Thermo-acoustique[4] prsent au salon Nanotech 2010, 17-19 fvrier 2010

Tokyo par l'Institut Fraunhofer des techniques de produc-tion et d'automatisation (IPA)

[5] Le papier peint pourrait devenir haut-parleur, article defutura-sciences 2010/02/18

[6] Dictionnaire encyclopdique du son Dunod Paris 2008ISBN 978-2-10-005979-9

7 Annexes

7.1 Articles connexes son Vibration Enceinte (audio)

7.2 Liens externes Thorie et pratique du haut parleur et de l'enceinteacoustique par F. Brouchier

Jacques Mahul, Vibrations des cnes de haut-parleurs - investigations holographiques , sur pure-hi.info, facsimile d'un article de la revueAudiophilen7, novembre 1978.

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58 Sources, contributeurs et licences du texte et de limage8.1 Texte

Haut-parleur Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Haut-parleur?oldid=117356385 Contributeurs : ( :Julien :), Pulsar, Jd, Haypo, AElf-wine, Bateast, Sanao, Iznogood, Weft, Hgsippe Cormier, Fredphan, Jef-Infojef, PieRRoMaN, Pixeltoo, Nicolas Ray, Piku, Sherbrooke,Padawane, Gdgourou, Emmanuel JARRI, DocteurCosmos, MisterMatt Bot, Stphane33, Gribeco, Taguelmoust, Romanc19s, David Be-rardan, Nykozoft, Arnaud.Serander, Ba, Ursus, Solensean, RobotQuistnix, Fv, Jerome66, Ico, Moez, M. Pinton, 16@r, Chaps the idol,Loveless, Le gorille, Vivars, Pautard, Pantoine, Xofc, Esprit Fugace, SashatoBot, Rpa, Malost, Hellskey, Malta, Lamiot, 307sw136, Be-renger, GaMip, Tigrou235, Michel5002, Helsph, JPRoche, Rhadamante, Grook Da Oger, Grimlock, Mxje, En passant, Laurent Nguyen,Superto, Rmih, Etalon90, JAnDbot, Yves-Laurent, Rhizome, Raggiante~frwiki, Alchemica, Jamcib, Webshinra, Salebot, Bextrne, Al-noktaBOT, TXiKiBoT, VolkovBot, Cdiot, Alexis78570, Leguil, Mitch-mitch, Cjp24, Gz260, SieBot, JLM, Kyro, OKBot, Lepsyleon,Vlaam, Linscool, Dhatier, Hercule, LeMorvandiau, AFAccord, robot, Flot2, Alphos, DragonBot, Michco, Chatsam, BOTarate,Alexbot, Maurilbert, SilvonenBot, ZetudBot, Wikinade, JeanBono, Flappiefh, Luckas-bot, Nallimbot, GrouchoBot, Kurtbosh, TaBOT-zerem, DSisyphBot, Aordier, Le sourcier de la colline, Cantons-de-l'Est, D4m1en, Loizbec, Xqbot, Horace grosse face, Reclame, Ribot-BOT, Alex-F, D'ohBot, Coyote du 57, Lomita, Orlodrim, TobeBot, Anneyh, Mohamed Attia, Visite fortuitement prolonge, Bobodu63,TjBot, MrCharles94, Nezdek, EmausBot, Kilith, ZroBot, Nyls6464, Wal68740, Cedricpc, Julien68740, D4rk-d0d0, Aqw96, Jules78120,Ktrufhj, Mg1979, 0x010C, Lac 16, PolBr, Keke1237, Slover914931, Addbot, Cohomologique, Vincent PERRAUDIN, Do not follow etAnonyme : 155

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