Un haut-parleur est un transducteur électromécanique destiné à produire des sons à partir d'un signal électrique. Il est en cela l'inverse du microphone.
Par extension, on emploie parfois aussi ce terme pour désigner un appareil complet destiné à la reproduction sonore (se reporter à l'article enceinte acoustique).
Il existe de nombreux types de haut-parleurs :
qui représentent les technologies actuelles les plus courantes. Le haut-parleur électrodynamique, couvrant environ 99 % du marché, a aujourd'hui encore un fonctionnement relativement simple pour une technologie de masse.
Le haut-parleur est une invention déjà centenaire. Le 10 décembre 1877[1], le premier brevet concernant un haut-parleur à bobine mobile fut accordé à C.H Siemens. De nos jours, le haut-parleur remplit une gamme très variée d'applications : on trouve des haut-parleurs aussi bien dans des cartes de vœux que reliés à des amplificateurs de puissance pour concert.
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Il fonctionne selon le principe suivant :
Le moteur est constitué comme suit :
La modélisation mathématique du haut-parleur repose largement sur les travaux de Thiele et Small. Dans ce modèle, le haut-parleur est caractérisé grâce aux paramètres de Thiele et Small (Thiele/Small parameters). Malgré certaines insuffisances liées à la complexité du transducteur qu'est le haut-parleur, ce modèle reste le plus largement utilisé à ce jour par les concepteurs de matériel électro-acoustique.
La double conversion énergétique, électrique-mécanique puis mécanique-acoustique n'est pas parfaite. La conversion électromécanique se fait avec une perte de rendement essentiellement par effet Joule.
Lutter contre cette chaleur permet :
Ces trois paramètres sont importants pour maintenir une distorsion la plus basse possible lors du déplacement de la bobine. La distorsion apparaît lorsque les mouvements de la bobine ne sont plus une fonction linéaire du courant. Les solutions des constructeurs sont toutes fondées sur une des deux approches suivantes :
La réduction de la consommation électrique se fait en augmentant le champ magnétique ou en augmentant le nombre de spires qui se trouvent dans ce champ (voir la formule de l'inductance), ce qui permet de réduire l'intensité électrique tout en ayant un niveau sonore équivalent.
En réduisant la masse de la membrane ou en assouplissant la suspension, on réduit la charge et donc aussi la consommation électrique.
La chaleur est fabriquée par la bobine mobile selon la formule . avec :
Cette chaleur est bloquée par la membrane et le spider pour la partie avant. À l’arrière son évacuation est freinée par les plaques de champ et le noyau central ou une culasse. Pour l’évacuer, il existe plusieurs solutions qui sont souvent utilisées conjointement.
Une membrane radiateur. La bobine mobile fixée à la membrane peut transmettre la chaleur à cette dernière si la résistance thermique entre ces dernières est faible. Ce système est utilisé sur les AE1 de la société Acoustic Energy. La membrane métallique agit comme un radiateur. Une AE1 admet 200 watts efficaces pour un 90 mm. Les radiateurs additionnels. En ajoutant des radiateurs sur le pourtour de la culasse du haut-parleur, on évacue la chaleur captée par les plaques de champ et le noyau central. Chez Boston Acoustique, cette solution est surtout utilisée sur les tweeters.
En introduisant une tige métallique dans le noyau central reliée à un radiateur, la chaleur est conduite par cette passerelle thermique vers l’extérieur de l’enceinte. De plus elle permet de rigidifier le coffret en se comportant comme un tasseau.
Des puits d’aération. En perçant le noyau central ou la culasse on crée un passage d’air. La chaleur transmise au noyau central par la bobine est évacuée par ce puits. C’est le Vented Gap Cooling de JBL. Ce système offre un refroidissement limité à la partie de la bobine proche de la partie avant. JBL a inventé une solution qui ventile la bobine par trois petits puits dans la périphérie du noyau central. L’air atteint directement le cœur de la bobine, c’est le Super Vented Gap de JBL. La compression dynamique est maintenue à quelques décibels. Un haut-parleur ayant une bobine de faible diamètre comme les EV subira une compression de l'ordre de 7 dB.
Une solution plus simple est de percer de part en part la plaque arrière et le noyau central ou la culasse. Le trou débouche sur la plaque de champ arrière. Plusieurs solutions d’évacuations sont possibles.
Le watercooling. En insérant un ferrofluide dans l’entrefer, on diminue la résistance thermique par rapport à l’air et on transmet mieux la chaleur aux plaques de champ avant et au noyau central qui l’évacuent ensuite. C’est une solution mise en place chez Dynaudio et sur de nombreux tweeters comme chez Audax. Les particules font environ 10 nm et sont à base de Fe3O4 . Cette matière est aussi un frein aux déplacements de la bobine diminuant aussi le rendement global du moteur. La puissance admissible par contre fait un bond et la courbe d’impédance pour les tweeter est très amortie offrant par conséquent un filtrage à pente plus faible possible. Cette solution s’est généralisée chez de nombreux fabricants.
La ventilation latérale. En disposant des aimants circulaires non jointifs autour de la bobine, on facilite le passage de l’air vers l’extérieur, diminuant ainsi la température. Focal adopte le multi-aimants sur ses systèmes haut de gamme.
En installant un espace entre le saladier et le spider, pour assurer une circulation d'air, la bobine est refroidie sur sa partie avant comme sur la gamme stratos de Triangle.
Une membrane plane, chargée de reproduire toutes les fréquences, est recouverte d'une pellicule conductrice chargée avec une différence de potentiel de plusieurs milliers de volts continu par rapport à la masse (environ 5000 volts). La membrane est mise en mouvement par des conducteurs non mobiles, fixés de chaque côté de la membrane. Ces fils sont parcourus par le signal audio, dont la tension est adaptée par un transformateur électrique, ils attirent ou repoussent ainsi statiquement la membrane. Comme la membrane reproduit toute la gamme de fréquences, il n'y a pas de distorsion dite de crossover.
Un prototype de haut-parleur « thermo-acoustique [2] ultrafin et ultraplat », basé sur une structure en nanotubes de carbone incorporée dans un film très fin (200 microns) de polyéthylène téréphtalate (PET) couvert d'une couche conductrice, a été présenté[3] en février 2010. Il est activé par une tension, appliquée entre les deux côtés du film. Cette tension échauffe et dilate brutalement des nanotubes de carbones, ce qui produit un son. Quand le signal électrique cesse, les nanotubes reprennent leur forme et position antérieures. Le temps très rapide de réponse des nanotubes de carbones est assez bref pour retranscrire des fréquences de 20 à 20.000 Hertz, équivalent à la perception de l'oreille humaine. Les fibres de nanocarbones pouvant être dangereuses en cas d'inhalation ou de pénétration de l'organisme, la fabrication, et la fin de vie de ce haut parleur risquent de poser problème, tout en intéressant ceux qui veulent encore miniaturiser les dispositifs auditifs. L'intensité sonore reste faible, mais si elle pouvait être améliorée, un écran d'ordinateur, un tableau ou un papier peint[4] pourraient devenir des haut-parleurs.
On distingue généralement trois types de haut-parleurs :
Deux types spécifiques se sont ajoutés récemment à cette classification :
Un haut parleur possède plusieurs caractéristiques techniques dont il faut tenir compte en fonction de l'utilisation que l'on compte en faire :
Ces informations sont optimisées pour le montage de kits éclatés, 2 voies ou 3 voies.
Avant tout, vérifiez l’espace disponible pour l’encastrement des haut-parleurs dans la voiture (se reporter aux plans sur l’emballage) puis procédez aux découpes.
Le résultat optimum sera obtenu en respectant quelques règles simples :
Afin de tirer le meilleur parti de vos haut-parleurs, nous vous recommandons d'utiliser des câbles de haute qualitée. A défaut, un câble de qualité et de section suffisante (1 mm2 minimum) est recommandé, surtout si la distance entre l’amplificateur ou l’autoradio et les haut-parleurs est importante. Veillez à respecter la polarité des branchements (+ sur +, etc.) et la convenable orientation des câbles vers ampli, grave, ou tweeter.
Il existe deux possibilités de montage des tweeters : montage en surface et montage encastré. Pour installer le tweeter, vous devez le sortir de son support : retirez la grille en la tirant à l’aide d’un objet pointu puis utilisez l’outil fourni pour faire tourner le tweeter et le dégager de son logement. N'oubliez pas de remettre la grille, celle-ci a une très grande importance sur la réponse en fréquence du tweeter.
Choisir l’inclinaison (10° ou 30°), fixer le support avec les vis fournies, passer les fils puis bloquer le tweeter en le faisant pivoter. Remettre la grille.
Découper un trou de 45 mm de diamètre, installer la barrette avec la vis fournie sur le support. Insérer le support et la barrette puis visser afin que la barrette vienne pincer le support. Passer les fils et bloquer le tweeter en le faisant pivoter. Remettre la grille.
Les filtres doivent être fixés (vis fournies ou double face) dans un endroit sec et aéré de préférence. Pour ouvrir le boîtier, appuyer suivant les flèches du schéma ci-contre. Si les filtres sont peu accessibles, procédez au câblage et aux réglages avant la fixation définitive.
Le commutateur placé à l’intérieur du filtre permet d’ajuster le niveau du tweeter en fonction de vos goûts et aussi de l’emplacement des haut-parleurs dans votre habitacle, ceci afin d’avoir la meilleure restitution sonore possible. Trop de niveau dans l’aigu donne un son agressif et un manque de niveau altère la définition et la dynamique. Si le tweeter est installé très près du haut-parleur de grave-médium, le régler sur 0. Si le tweeter est installé sur le tableau de bord ou en haut de portière et le woofer dans la portière, le régler sur -3.