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Comprendre: Le haut-parleur à membrane conique
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Source: Articles internet - août 2006 ::: crédits n/c :::
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Le haut-parleur à membrane conique
Crédits
crédits n/c

Le haut-parleur à membrane conique (cone driver) est un haut-parleur de type électrodynamique, qui se base pour transformer l'énergie électrique en énergie mécanique sur des principes électromagnétiques décrits dès 1875 dans un brevet déposé par Ernst Werner Von Siemens. Ce n'est cependant qu'au cours des années 1920 que les premiers haut-parleurs électrodynamiques, dont la forme a assez peu évolué depuis, sont apparus grâce aux travaux des chercheurs Rice et Kellogg. Le haut-parleur à cône est particulièrement adapté à la reproduction des basses et moyennes fréquences, pour laquelle l'emploi d'une membrane large pouvant fournir une énergie importante est préférable. Les diamètres de membrane les plus courants sont 5 pouces (13 cm), 6,5pouces (17 cm), 8 pouces (20cm), 10pouces (25cm), 12pouces (30cm), 15pouces (38cm), 18pouces (46cm), et 21pouces (54cm).

:::Figure 1
La Figure 1 représente une coupe schématique d'un haut-parleur électrodynamique typique, constitué d'une partie fixe et d'une partie mobile. La partie fixe regroupe l'aimant permanent constitué la plupart du temps en ferrite mais de plus en plus fréquemment d'un alliage au Néodyme, les pièces dites polaires (noyau, plaques de champ avant et arrière) en acier doux, perméables au champ magnétique, et le saladier (ou châssis). La partie mobile comprend la bobine, son support cylindrique (en kapton, fibre de verre, voire aluminium), la membrane et le cache-noyau qui empêche la pénétration de poussières magnétiques. L'ensemble de l'équipage mobile est maintenu et guidé par la suspension périphérique et la suspension de centrage (spider), toutes deux fixées (collées) sur le saladier. Le rôle des suspensions est d'exercer une force de rappel contraire au mouvement de la membrane et de maintenir dans le même temps la bobine parfaitement centrée entre la plaque de champ avant et le noyau.
Coupe schématique d'un haut-parleur électrodynamique à membrane conique

:::Le fonctionnement d'un haut-parleur à cône est inverse de celui d'un microphone électrodynamique.
L'aimant permanent crée un champ magnétique qui se retrouve, grâce aux pièces polaires, concentré entre la plaque de champ avant et le noyau, c'est-à-dire exactement à l'emplacement de la bobine. Lorsque l'on applique aux bornes de connexion du haut-parleur un signal audio électrique, le courant traversant la bobine engendre une force variant avec ce courant selon la loi de Laplace : F=Bli sin â ou â désigne l'angle entre la direction (et le sens ) du courant i et le vecteur induction magnétique B, et L, la longueur de fil embrassée par le flux d'induction. L'angle â valant 90°, son sinus vaut 1 et donc F=BLi. La bobine mobile et la membrane solidaire se mettent ainsi à vibrer selon l'axe du haut-parleur et de façon proportionnelle (dans une bande fréquentielle limitée) aux variations du signal électrique. Le mouvement de la membrane entraîne à son tour des variations de la pression acoustique, et donc la création d'ondes sonores, qui se propagent jusqu'aux oreilles de l'auditeur. Ces variations de pression sont ainsi proportionnelles aux variations du signal audio d'origine.

En réalité, un haut-parleur unique n'est pas capable de convertir correctement en ondes acoustiques un signal audio électrique de bande fréquentielle étendue. Un tel haut-parleur devrait en effet posséder des propriétés mécaniques et électromagnétiques différentes et même contradictoires suivant les fréquences. Par exemple, une grande membrane est avantageuse pour fournir l'énergie nécessaire à la restitution des basses fréquences, mais perturbe la reproduction dans un domaine haute fréquence où la longueur d'onde est comparativement petite. Pour permettre une bonne restitution sonore sur l'ensemble du spectre des fréquences audibles, plusieurs haut-parleurs ou combinaisons de haut-parleurs (le plus souvent 2 ou 3) sont habituellement utilisés simultanément. Typiquement, les haut-parleurs à cône reproduisent les basses et moyennes fréquences, et un haut-parleur à pavillon restitue les fréquences élevées. L'aiguillage des différentes fréquences du signal électrique vers le haut-parleur le plus adapté est effectué par des filtres de répartition. Enfin, pour éviter une atténuation du son en basse fréquence induite par des phénomènes d'interférence entre les ondes avant et arrière émises par les haut-parleurs (phénomènes de court-circuit sonore), ces derniers sont enfermés dans une enceinte acoustique.



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