Utilisateur:Mg1979/Haut-parleur

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Histoire du haut-parleur[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Histoire du haut-parleur.

Définition, caractérisation et mesure[modifier | modifier le code]

Définition et problèmes de terminologie[modifier | modifier le code]

Un haut-parleur est un appareil électro-acoustique, qui génère des ondes acoustiques à partir d'un signal électrique.

Cette définition couvre d'une part les haut-parleurs à rayonnement direct, les haut-parleurs à pavillon ou bien encore les enceintes acoustiques, et d'autre part les haut-parleurs mono-voie, multi-voies ou les réseaux de haut-parleurs. En conséquence, il est nécessaire d'établir un formalisme commun pouvant s'adapter à chacun de ces dispositifs, notamment en ce qui concerne leur caractérisation et leur mesure.

caractérisation et mesure[modifier | modifier le code]

Pour le caractériser, on utilise les paramètres suivants : sensibilité, tenue en puissance.

Réponse dans l'axe[modifier | modifier le code]

Une courbe de réponse en fréquence de haut-parleur est définie comme la variation en fonction de la fréquence de la pression acoustique ou de la puissance acoustique, lorsqu'une quantité telle que la tension ou la puissance électrique est maintenue constante^[1].

Une caractéristique importante des haut-parleurs est la courbe de réponse en fréquence obtenue dans l'axe du haut-parleur. Celle-ci est généralement mesurée à une distance de un mètre du haut-parleur, pour une puissance d'entrée fixée, généralement à 1W, ou une tension d'entrée fixée, généralement à 2.83V rms. Ces données sont généralement lissées pour la production de la notice technique du haut-parleur, sans qu'aucun consensus ne soit établi parmi les producteurs de haut-parleurs^[2].

Les haut-parleurs sont généralement classés selon l'étendue de leur bande passante^{[réf. souhaitée]} :

Les haut-parleurs de type grave (angl. subwoofer)
Les haut-parleurs de type medium (angl. woofer)
Les haut-parleurs de type aigu (angl. tweeter)

Des techniques permettent de mesurer sans difficulté la réponse impulsionnelle d'une chaîne électroacoustique, utilisant des signaux numériques, ce qui permet d'accéder simultanément à la réponse en fréquence et à la réponse en phase du haut-parleur^{[réf. nécessaire]}.

Directivité[modifier | modifier le code]

Impédance[modifier | modifier le code]

La caractérisation professionnelle des haut-parleurs spécifie aussi dans les notices techniques la courbe du module et de la phase de l'impédance électrique du haut-parleur. Le module de l'impédance varie en fonction de la fréquence, et la connaissance de cette donnée est importante afin de savoir quelle impédance le haut-parleur va présenter en tant que charge d'un amplificateur de puissance. De plus, cette donnée doit être prise en compte lorsque des haut-parleurs sont montés en parallèle^[8].

Cette courbe d'impédance, qui varie en fonction de la fréquence, n'est pas à confondre avec l'impédance nominale du haut-parleur, généralement 4, 8 ou 16 ohms. L'impédance nominale représente une valeur moyenne de l'impédance, généralement de 15% supérieure à la plus petite valeur d'impédance que le haut-parleur présente^[9].

Non-linéarités[modifier | modifier le code]

Différents types de transducteurs électro-acoustiques[modifier | modifier le code]

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Cette section a pour objectif de décrire les différentes méthodes de transduction utilisées dans les haut-parleurs. Elle se focalise sur le transducteur en tant qu'unité élémentaire, et ne considère pas l'utilisation de ces transducteurs dans des enceintes acoustiques ou des haut-parleurs.

De manière générale, les transducteurs électro-acoustiques sont constitués de deux parties : une partie fixe, parfois appelée stator en référence aux machines tournantes, et une partie mobile, parfois appelée rotor toujours en référence aux machines tournantes, même si la partie mobile n'effectue généralement pas de mouvement de rotation. Le stator est pourvu d'un dispositif d'excitation, pouvant exercer une force sur la partie mobile, entraînant le déplacement de celle-ci. Le déplacement de la partie mobile met en mouvement la couche d'air avoisinante et donne naissance alors à des ondes acoustiques qui se propagent dans l'environnement. Ainsi, la majorité des transducteurs électro-acoustiques sont des dispositifs électro-mécano-acoustiques, dans le sens où ils utilisent un intermédiaire mécanique pour donner naissance à des ondes acoustiques. Toutefois, les transducteurs électro-acoustiques ne se résument pas à ces dispositifs, et il existe par exemple des dispositifs n'utilisant pas de pièce mécanique mobile : un tel dispositif est un dispositif capable de modifier la température au voisinage d'une surface en fonction du temps. Cette variation de température au voisinage de cette surface génère alors des ondes acoustiques.

Modélisation[modifier | modifier le code]

Il est possible de modéliser un transducteur électro-acoustique linéaire au moyen d'une "boîte noire"^[10]^[11]. A l'entrée de cette boîte noire se situent deux fils traversés par un courant $i$ et aux bornes desquels se situe une différence de potentiel $e$ . A la sortie de cette boîte noire, se situe une surface mobile dont le mouvement est caractérisé par une vitesse volumique $U$ (mesurée en $\mathrm {m} ^{3}$ ), représentant la variation temporelle du volume balayé par la surface mobile. Une pression de perturbation $p$ agit sur cette surface. Lorsque cette pression est non uniforme, il convient de considérer une valeur moyenne, la pondération utilisée afin d'obtenir cette moyenne étant telle que le produit $-pU$ représente la puissance mécanique disponible en entrée du transducteur. La puissance électrique disponible en entrée du transducteur est $ei$ . Les variables $e$ et $i$ d'une part, et $-p$ et $U$ d'autre part, sont dites conjuguées : $-p$ et $e$ sont des forces généralisées; $U$ et $i$ sont des vélocités généralisées.

En régime monochromatique, à la pulsation $\omega$ , les propriétés physiques d'un système linéaire imposent les relations suivantes entre les différentes amplitudes complexes ${\hat {e}}$ , ${\hat {i}}$ , $-{\hat {p}}$ et ${\hat {U}}$ :

${\begin{bmatrix}{\hat {e}}\\-{\hat {p}}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}Z_{ec}&T_{ea}\\T_{ae}&Z_{a}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}{\hat {i}}\\{\hat {U}}\end{bmatrix}}$

Dans la matrice précédente, $Z_{ec}$ désigne l'impédance électrique immobilisée ( ${\tfrac {\hat {e}}{\hat {i}}}$ lorsque ${\hat {U}}$ vaut zéro), tandis que $Z_{a}$ désigne l'impédance acoustique en circuit ouvert ( ${\tfrac {-{\hat {p}}}{\hat {U}}}$ lorsque ${\hat {i}}$ vaut zéro). La plupart des transducteurs électro-acoustiques sont réciproques, et vérifient la propriété $T_{ea}=T_{ae}$ ou $T_{ea}=-T_{ae}$ .

Les valeurs des différents éléments de la matrice précédente peuvent être déduits de principes élémentaires si l'on dispose d'un modèle détaillé du transducteur. Ces équations sont valables indépendamment du type de transduction utilisée dans le haut-parleur : elles définissent donc un formalisme commun pour comparer les différents types de haut-parleurs dont il est question à la section sur les différentes méthodes de transduction. De manière alternative, les valeurs des différents éléments de la matrice précédente peuvent être obtenus par la mesure.

Transducteur électrodynamique[modifier | modifier le code]

Construction[modifier | modifier le code]

Une coupe d'un transducteur électrodynamique typique est représentée sur la figure ci-contre. Le transducteur comprend une partie fixe et un équipage mobile. La partie fixe est constituée d'un circuit d'excitation magnétique, parfois également appelé moteur d'excitation, et du châssis. L'équipage mobile est constitué d'un diaphragme, le plus généralement conique ou en forme de dôme, d'un cylindre solidaire du diaphragme, et d'une bobine enroulée autour du cylindre. Le cylindre et la bobine de l'équipage mobile sont placés dans un entrefer disposé dans le circuit d'excitation magnétique. Une suspension interne et une suspension externes viennent supporter l'équipage mobile afin d'assurer le bon guidage de l'équipage mobile dans l'entrefer du circuit d'excitation magnétique. La suspension interne relie généralement le châssis à la périphérie extérieure du cylindre de l'équipage mobile. La suspension externe relie la périphérie extérieure du diaphragme au châssis. Ces suspensions interne et externe visent à assurer que le mouvement de l'équipage mobile ne s'effectue que dans la direction axiale du transducteur.

Principe de fonctionnement[modifier | modifier le code]

Le circuit d'excitation magnétique est mis au point de telle sorte à créer un champ magnétique radial de magnitude $B$ la plus uniforme possible au sein de l'entrefer. Lorsqu'un courant $i(t)$ issu d'un amplificateur audio traverse la bobine, le fil de la bobine (de longueur $l$ ), situé dans l'entrefer du circuit d'excitation magnétique, est soumis à la force de Laplace ${\vec {F}}$ , dont la direction est celle de l'axe du transducteur, dont le sens dépend du signe du courant, et dont l'amplitude vaut :

$F=Bli(t)$

Cette force constitue la cause de la mise en mouvement de translation de la bobine, et partant, de tout l'équipage mobile, étant donné que la bobine est solidaire du cylindre et du diaphragme.

Circuit électrique équivalent[modifier | modifier le code]

Autres types de transducteurs[modifier | modifier le code]

transducteur électrostatique
transducteur piézoélectrique
transducteur magnétostrictif
haut-parleur à ruban
bending wave loudspeaker
distributed mode loudspeaker
haut-parleur à plasma
haut-parleur à ultrasons
haut-parleur à air ionisé
transducteur utilisant l'effet électrothermique
Manger driver
Heil air motion transformer

Autour du haut-parleur[modifier | modifier le code]

Circuits électroniques en amont[modifier | modifier le code]

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Circuits de séparation crossover, Haut-parleur numérique, Haut-parleur sans fil, Circuits de correction de haut-parleur, Amplificateur de puissance, amplificateur en pont, en parallèle, limitations en courant/tension, Réseau de haut-parleurs, réseau de haut-parleurs en ligne, couplage amplificateur/haut-parleur, WFS, Ambisonics, HOA, Holophonie, spatialisation, Circuits de protection, Holographie acoustique

Composantes acoustiques en aval[modifier | modifier le code]

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Enceinte, Système de haut-parleurs multivoie, baffle, bass reflex, haut-parleur coaxial, haut-parleur à pavillon, distorsion due au pavillon, chambre de compression, réseau de pavillons, pavillons multi-cellules, radiateur passif/couplage mutuel, haut-parleur à ligne de transmission, écrans de protection, labyrinthe acoustique, Circuits de rétroaction motionnel

Applications du haut-parleur[modifier | modifier le code]

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écouteurs, appareils pour sourds, reproduction stéréophonique, influence de l'acoustique des salles, monitoring studio, renforcement sonore, systèmes d'annonce en public, systèmes multicanaux pour le cinéma, la vidéo et la musique, téléphones portables, systèmes de musique à haut volume, contrôle actif/passif du bruit, absorption d'énergie

Glossaire[modifier | modifier le code]

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Références[modifier | modifier le code]

↑ Beranek 1996, p. 189.
↑ Eargle 2003, p. 355-356.
↑ Beranek 1996, p. 91.
↑ Beranek 1996, p. 91.
↑ Eargle 2003, p. 333-335.
↑ Polar pattern File: Speaker is a Bosch 36 watt LA1-UW36-x columnar model with four identical 4-inch drivers arranged vertically in an enclosure 841 mm (33,1102361867 po)ch) high. Polar prediction software is CLF viewer. Loudspeaker information was gathered by the manufacturer into a CF2 file.
↑ Eargle 2003, p. 333-335.
↑ Eargle 2003, p. 355.
↑ Eargle 2003, p. 356.
↑ Pierce 1989, p. 199-203.
↑ Beranek 1996, p. 84-87.

Bibliographie[modifier | modifier le code]

(en)Leo L. Beranek, Acoustics, Acoustical Society of America, 1996 (ISBN 0-88318-494-X).
(en)Leo L. Beranek, Acoustical Measurements, Acoustical Society of America, 1988 (ISBN 0-88318-590-3).
(en)John Borwick, Loudspeaker and Headphone Handbook, Third Edition, Focal Press, 2001 (ISBN 0-240-51578-1).
(en)John Eargle, Loudspeaker Handbook, Second Edition, Kluwer Academic Publishers, 2003 (ISBN 1-4020-7584-7).
(en)Manfred Kaltenbacher, Numerical Simulation of Mechatronic Sensors and Actuators, Springer Verlag Heidelberg New York, 2007 (ISBN 978-3-540-71359-3).
(en)Philip M. Morse, Vibration and Sound, Acoustical Society of America, 1981 (ISBN 0-88318-879-7^{[à vérifier : ISBN invalide]}).
(en)Harry F. Olson, Elements of acoustical Engineering, Second Edition, D. Van Nostrand Company, 1957 (ISBN 0193007045).
(en)Allan D. Pierce, Acoustics, An Introduction to Its Physical Principles and Applications, Acoustical Society of America, 1989 (ISBN 0-88318-612-8).

[1] Beranek 1996, p. 189.

[2] Eargle 2003, p. 355-356.

[3] Beranek 1996, p. 91.

[4] Beranek 1996, p. 91.

[5] Eargle 2003, p. 333-335.

[6] Polar pattern File: Speaker is a Bosch 36 watt LA1-UW36-x columnar model with four identical 4-inch drivers arranged vertically in an enclosure 841 mm (33,1102361867 po)ch) high. Polar prediction software is CLF viewer. Loudspeaker information was gathered by the manufacturer into a CF2 file.

[7] Eargle 2003, p. 333-335.

[8] Eargle 2003, p. 355.

[9] Eargle 2003, p. 356.

[10] Pierce 1989, p. 199-203.

[11] Beranek 1996, p. 84-87.

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