Découvrez comment un haut-parleur transforme un signal électrique en vibrations, puis en ondes sonores grâce à une bobine, un aimant et une membrane.
Les haut-parleurs sont présents dans de nombreux objets : smartphones, téléviseurs, ordinateurs, casques, enceintes ou voitures. Leur rôle est de transformer un signal électrique en sons que nous pouvons entendre.
Pour réaliser cette conversion, la plupart des haut-parleurs utilisent un aimant, une bobine mobile et une membrane. Mais comment ces éléments parviennent-ils à mettre l’air en mouvement ?
Les principaux composants d’un haut-parleur
Le haut-parleur le plus courant est appelé haut-parleur électrodynamique. Il comprend plusieurs composants :
- un aimant permanent, qui crée un champ magnétique ;
- une bobine mobile, constituée d’un fil de cuivre enroulé ;
- une membrane, généralement en papier, en plastique ou en matériau composite ;
- des suspensions, qui guident le déplacement de la membrane ;
- un châssis, qui maintient les différents éléments.
La bobine est placée dans le champ magnétique de l’aimant et fixée à la membrane. Elle peut ainsi entraîner la membrane lorsqu’elle se déplace.
Du signal électrique au mouvement
Le signal audio envoyé par l’amplificateur est un courant électrique qui varie très rapidement. Son intensité et son sens évoluent en fonction du son à reproduire.
Lorsque ce courant traverse la bobine placée dans le champ magnétique de l’aimant, une force agit sur elle. Quand le courant change de sens, la force change également de direction.
La bobine effectue alors des mouvements de va-et-vient en suivant les variations du signal électrique. Elle transforme ainsi l’énergie électrique en mouvement mécanique.
De la membrane au son
La bobine mobile étant fixée à la membrane, leurs mouvements sont identiques.
Lorsque la membrane avance, elle comprime l’air situé devant elle. Lorsqu’elle recule, elle crée une dépression. Ces variations successives de pression se propagent dans l’air sous la forme d’une onde sonore.
La membrane ne vibre pas toujours de la même manière :
- plus elle vibre rapidement, plus le son produit est aigu ;
- plus elle vibre lentement, plus le son est grave ;
- plus son déplacement est important, plus le son est fort.
Pour reproduire une musique ou une voix, la membrane suit un signal beaucoup plus complexe qu’une vibration régulière : elle combine simultanément de nombreuses fréquences et amplitudes.
Le rôle de l’enceinte acoustique
La membrane produit des ondes sonores à l’avant, mais aussi à l’arrière. Ces deux ondes sont opposées et peuvent partiellement s’annuler lorsqu’elles se rencontrent, en particulier dans les graves.
L’enceinte acoustique, appelée aussi boîtier, sépare les ondes avant et arrière. Elle protège également le haut-parleur et influence la qualité du son.
Une enceinte peut être :
- fermée, avec un boîtier entièrement étanche ;
- bass-reflex, avec un évent permettant d’utiliser une partie de l’onde arrière pour renforcer certaines basses fréquences.
La forme, le volume et les matériaux de l’enceinte jouent donc un rôle important dans le rendu sonore.
Graves, médiums et aigus
Un seul haut-parleur ne peut pas toujours reproduire correctement toutes les fréquences audibles. Les enceintes utilisent alors plusieurs haut-parleurs spécialisés :
- le subwoofer reproduit les sons les plus graves ;
- le woofer reproduit les basses fréquences ;
- le médium reproduit notamment une grande partie des voix ;
- le tweeter reproduit les sons aigus.
Les haut-parleurs destinés aux graves possèdent généralement une grande membrane capable de déplacer beaucoup d’air. Les tweeters utilisent une membrane plus petite et plus légère, capable de vibrer très rapidement.
Dans une enceinte comprenant plusieurs haut-parleurs, un filtre répartit le signal audio entre le woofer, le médium et le tweeter.
Je retiens
Le fonctionnement d’un haut-parleur repose sur une succession de conversions :
signal électrique → mouvement de la bobine → vibration de la membrane → variations de pression dans l’air → son
Le haut-parleur est donc un convertisseur d’énergie : il transforme une énergie électrique en énergie mécanique, puis en énergie sonore.
