Le monde dans lequel nous vivons est câblé pour le son. À moins que vous ne viviez au sommet d'une montagne (vous avez de la chance), il y a de fortes chances que le son provienne d'une multitude de haut-parleurs différents pendant que vous vaquez à vos occupations.
Téléphones portables. Téléviseurs. Les ascenseurs. Le haut-parleur Bluetooth dans le métro qui diffuse des conneries que vous ne voulez pas entendre.
Et, ce qui est peut-être le plus important pour nous, musiciens, les enceintes nous permettent d'entendre notre travail dans les moindres détails.
Mais comment fonctionnent exactement les haut-parleurs ? Même si vous n'êtes pas curieux de savoir comment la saucisse sonore est fabriquée, il est bon d'avoir une connaissance de base de la technologie des haut-parleurs si vous envisagez de passer votre vie dans un studio.
Les bases du son
Avant d'aborder la question des haut-parleurs, rappelons brièvement le fonctionnement du son lui-même.
Le son est essentiellement de l'énergie mécanique sous forme d'ondes qui se déplacent dans un milieu, qu'il s'agisse d'air, de liquide ou de solide.
Ce mouvement provoque des changements localisés de pression en fonction de la forme de l'onde, un peu comme les ondulations créées lorsque vous laissez tomber un caillou (ou votre téléphone) dans l'eau.
L'image ci-dessous montre une onde sinusoïdale de 1 kHz. Vous voyez l'augmentation, suivie d'une diminution, du niveau de pression acoustique par rapport à la pression ambiante ? C'est le son en mouvement.
À l'intérieur de nos oreilles, des milliers de minuscules cellules ciliées réagissent à ces changements de pression, les convertissant en un signal électrique que notre cerveau peut interpréter comme étant Nickelback. Ou n'importe quoi d'autre.
Un signal audio analogique est un son sous forme d'énergie électrique, représenté par une forme d'onde de tension. Voici la même onde sonore représentée sous la forme d'un signal électrique :
L'audio numérique est une représentation d'un signal analogique stocké en format binaire.
Un signal audio, qu'il soit analogique ou numérique, doit être reconverti en onde sonore (énergie mécanique) pour que nos oreilles puissent l'interpréter.
Entrez dans l'enceinte de l'orateur.
Le fonctionnement des haut-parleurs : Les bases
Avant d'entrer dans le vif du sujet des composants des haut-parleurs et de leur fonctionnement, examinons rapidement ce qu'un haut-parleur fait pour recréer le son.
Un signal audio amplifié est envoyé à une bobine de fil métallique. Cette bobine réagit au courant électrique qui la traverse, interagit avec un aimant situé à l'intérieur du haut-parleur et fait vibrer un diaphragme.
Le diaphragme déplace l'air, créant des ondes sonores qui sont une copie exacte du signal audio original. Et voilà ! Vous pouvez entendre votre mère vous parler de l'autre côté du pays.
Il s'agit évidemment d'une simplification à outrance. Mais maintenant que nous connaissons la version "Cliffs Notes" de la façon dont les orateurs exercent leur activité, décomposons les choses.
Que contient un haut-parleur ?
Jetons un coup d'œil à tous les éléments du haut-parleur qui créent la magie...
Le pilote du haut-parleur
Le haut-parleur est chargé de convertir le signal électrique en ondes sonores. C'est le moteur qui alimente la reproduction sonore du haut-parleur.
De l'intérieur vers l'extérieur, les éléments qui composent un haut-parleur sont les suivants :
- Poteau
- Plaque arrière
- Aimant
- Plaque supérieure
- Bobine mobile
- Panier
- Araignée
- Cône et entourage
- Capuchon anti-poussière
Plaque de poteau, plaque arrière et plaque supérieure
La pièce polaire d'un haut-parleur est comme la baguette d'un chef d'orchestre, qui maintient la synchronisation de l'orchestre sonore qui circule dans le haut-parleur. C'est l'axe central autour duquel tout le système magnétique est basé.
La plaque arrière se trouve derrière le poteau et, comme on peut s'y attendre, la plaque supérieure se trouve au-dessus.
Aimant
L'aimant permanent est entouré d'un pôle et de plaques pour concentrer son champ magnétique, et il est fixé au panier du haut-parleur.
On parle d'aimant permanent parce que c'est toujours un aimant.
La bobine vocale, quant à elle, ne devient un aimant (ou plus précisément un électro-aimant) que lorsqu'elle est alimentée par un courant électrique.
Bobine mobile
La bobine vocale est un fil étroitement enroulé autour d'un minuscule cylindre, parfois appelé bobine. Elle ressemble un peu à un yo-yo.
Lorsqu'un signal électrique traverse la bobine, celle-ci se transforme en électro-aimant et interagit avec l'aimant permanent.
Si vous vous souvenez de vos cours de sciences, vous vous rappellerez que les forces semblables se repoussent et que les forces opposées s'attirent. Cette interaction des forces magnétiques crée le mouvement qui pousse la bobine autour d'elle et crée finalement les ondes sonores.
Araignée et entourage
L'araignée est une pièce de matériau ondulée qui supporte la bobine mobile. Elle maintient la bobine en place tout en lui permettant de se déplacer librement d'avant en arrière.
Bien que cela semble être une contradiction, ce n'en est pas une. Le rôle principal de l'araignée est de permettre à la bobine mobile de se déplacer dans une seule direction, à savoir de haut en bas. Sans l'araignée, la bobine mobile se déplacerait dans tous les sens à l'intérieur du boîtier du haut-parleur.
L'entourage remplit une fonction similaire à celle de l'araignée, sauf qu'il maintient le cône en place au sommet du panier.
Le cône
Également appelé diaphragme, le cône du haut-parleur est l'un des rares éléments visibles sur un haut-parleur.
Le cône se déplace d'avant en arrière en réponse aux impulsions magnétiques de la bobine mobile. Le mouvement du cône crée des ondes de pression dans l'air qui l'entoure, créant ainsi les sons que vous entendez.
Capuchon anti-poussière
Ce petit bijou empêche la poussière et les particules de saleté de pénétrer dans le haut-parleur et d'y faire des dégâts.
Panier
Il s'agit simplement d'un terme fantaisiste pour désigner le boîtier qui maintient toutes les pièces du haut-parleur ensemble. Il ressemble effectivement un peu à un panier.
Il s'agit donc de tout ce qui constitue un locuteur réel. Mais dans le langage courant, lorsque nous parlons de locuteur, nous parlons de l'ensemble.
Que faut-il donc de plus pour que les haut-parleurs fonctionnent ?
Composants électriques
Pour faire pomper la bobine vocale avec votre confiture, vous devez lui envoyer un signal électrique. Cela se fait à l'aide de bornes de haut-parleur et d'un fil tressé.
Les bornes sont des languettes métalliques ou des ports de connexion qui relient un câble audio au haut-parleur.
Le fil tressé relié à ces bornes est attaché à la bobine vocale, lui donnant le carburant dont elle a besoin.
Logement
Un haut-parleur a besoin d'une enceinte, souvent appelée coffret, pour fonctionner correctement, et ce pour plusieurs raisons.
Tout d'abord, il fournit un environnement étanche pour protéger les différents éléments qui composent le conducteur de la poussière, de la saleté et des poils de chien.
Deuxièmement, il atténue l'annulation de phase. Lorsque le diaphragme d'un haut-parleur se déplace, il crée des ondes sonores dans les deux directions. Sans le boîtier, ces ondes s'annuleraient mutuellement.
Enfin, l'enceinte influence la façon dont le son est distribué. Le son peut être dirigé dans une direction spécifique et les basses fréquences peuvent être accordées correctement.
Le boîtier est fait d'un matériau épais qui n'est pas très flexible. Le bois ou le MDF de densité moyenne sont courants, mais le plastique est également utilisé.
Amplification
Tout cela est bien beau, mais un haut-parleur seul ne produira rien d'utile.
Bien que les haut-parleurs se présentent sous différentes formes et tailles, ils ont tous la même exigence : un signal audio plus fort que le signal de niveau de ligne envoyé par les appareils de lecture, tels qu'un téléviseur ou une interface audio.
Un amplificateur de puissance est utilisé pour amplifier le signal du niveau ligne au niveau haut-parleur. En fonction de vos enceintes, il peut s'agir d'une unité externe ou d'une unité intégrée dans le boîtier de l'enceinte elle-même.
Haut-parleurs actifs
Les enceintes actives sont dotées d'un amplificateur intégré Les Yamaha HS5 sont des enceintes actives très appréciées pour l'écoute en studio.
Haut-parleurs passifs
Les haut-parleurs passifs nécessitent un amplificateur de puissance externe pour générer des ondes sonores à partir du signal audio.
Le JBL PRX412 est un solide exemple d'enceinte passive qui nécessite un amplificateur de puissance externe pour lui donner suffisamment de puissance sonore.
Comment les haut-parleurs produisent-ils des fréquences différentes ?
Jusqu'à présent, nous avons étudié comment les haut-parleurs transforment l'énergie électrique (un signal) en ondes de pression dans l'air, et donc en son.
Mais toutes les fréquences ne sont pas égales, et un seul haut-parleur essayant de couvrir toutes les bases (pardonnez le jeu de mots) ne sera pas très performant.
C'est pourquoi vous verrez des piles massives de haut-parleurs lors de concerts. Certains couvrent les basses fréquences (les subwoofers et les woofers), d'autres les moyennes fréquences, et les petits tweeters s'occupent de toutes les hautes fréquences.
Ces enceintes sont toutes construites différemment, pour gérer les différentes fréquences auxquelles elles s'adressent.
Mais tout le monde n'a pas envie d'une pile géante d'enceintes dans son studio (ou son salon), sans parler de l'encombrement des amplificateurs de puissance et des crossovers.
C'est là qu'intervient le haut-parleur à haut-parleurs multiples.
Haut-parleurs multi conducteurs
Les enceintes à plusieurs haut-parleurs utilisent 2, 3, voire 4 haut-parleurs de différentes tailles pour traiter différentes fréquences. Le plus courant est le haut-parleur à deux haut-parleurs, parfois appelé haut-parleur à deux voies.
À l'intérieur d'une enceinte à deux voies se trouve un filtre qui envoie toutes les hautes fréquences au haut-parleur d'aigus, et les moyennes et basses fréquences au haut-parleur de graves, par le biais d'un filtre passe-haut et d'un filtre passe-bas.
L'utilisation d'un filtre de cette manière signifie que le haut-parleur produit une gamme complète de fréquences, tout en conservant une qualité sonore qu'un seul haut-parleur ne pourrait pas atteindre.
Si vous faites de la musique dans votre home studio, il y a de fortes chances que vous utilisiez une enceinte à deux voies pour le monitoring, comme la Yamaha HS5 mentionnée ci-dessus, ou la KRK Rokit 5 G4, illustrée ci-dessous.
Les enceintes à deux voies conviennent parfaitement à l'enregistrement et au mixage dans votre propre studio. Mais lorsqu'il s'agit du mastering (que vous utilisiez un service en ligne comme eMastered, ou que vous le confiez à une personne réelle), vous aurez besoin d'un peu plus de détails, et des enceintes à 3 ou 4 voies vous conviendront mieux.
Il en va de même pour les studios d'enregistrement commerciaux. Ils peuvent utiliser une paire d'enceintes de contrôle amplifiées pour l'enregistrement et le contrôle, mais lorsqu'il s'agit du mixage, ils mettent en marche les mauvais garçons.
Qu'est-ce que l'impédance d'un haut-parleur ?
L'impédance d'un haut-parleur est essentiellement une façon de mesurer la résistance totale du flux de courant électrique dans le haut-parleur.
Mesurée en ohms, l'impédance provient à la fois de la résistance du fil de la bobine vocale et de l'inductance causée par l'enroulement de ce fil en une bobine. L'inductance est différente de la résistance parce qu'elle change avec la fréquence - c'est ce qu'on appelle la réactance inductive.
En raison de cette variable, l'impédance est différente de la résistance "normale" et est calculée à l'aide d'une formule compliquée que les musiciens ne devraient jamais avoir à comprendre.
Sachez plutôt qu'il est important de faire correspondre l'impédance de vos enceintes et de votre amplificateur. Une impédance mal adaptée peut entraîner une baisse de la qualité audio, une surchauffe et, dans les cas extrêmes, une détérioration de l'équipement.
N'oubliez pas, les enfants, de toujours associer vos enceintes à des amplificateurs compatibles.
Puissance du haut-parleur par rapport à la sensibilité du haut-parleur
Plus c'est grand, mieux c'est, n'est-ce pas ?
Pas toujours. Lorsqu'ils comparent des enceintes, la plupart des gens attribuent une puissance nominale plus élevée (en watts) à un volume plus important. Mais dans la pratique, allez-vous pouvoir utiliser pleinement cette puissance ?
Une meilleure façon de comparer les haut-parleurs est d'examiner leur sensibilité. Celle-ci est mesurée en décibels et quantifie l'efficacité avec laquelle un haut-parleur convertit l'énergie électrique en son.
Un indice de sensibilité plus élevé signifie qu'un haut-parleur peut produire plus de son pour une puissance donnée. En d'autres termes, il est plus efficace pour convertir l'électricité en ondes sonores.
La mesure de la sensibilité des haut-parleurs permet de comparer l'efficacité et le rendement des haut-parleurs.
Cependant, il est toujours important de prendre en considération la capacité d'un haut-parleur à supporter la puissance si vous utilisez un amplificateur externe. La mesure représente la puissance électrique que le haut-parleur peut supporter sans être endommagé. Il est donc important de s'assurer que l'ampli a une puissance de sortie équivalente à celle du haut-parleur.
Le choix de haut-parleurs à haute ou basse sensibilité dépend des exigences de votre installation. Si l'efficacité énergétique est importante (par exemple pour les enceintes portables ou les systèmes stéréo de voiture), il est préférable d'opter pour une sensibilité élevée, alors que dans une installation audio professionnelle, il est préférable d'opter pour des enceintes ayant une capacité de puissance plus élevée.
Réponse en fréquence
Lorsque nous parlons de la réponse en fréquence d'un haut-parleur, nous parlons de sa capacité à reproduire le son sur une gamme de fréquences.
Aucun haut-parleur n'étant parfait, le graphique de la réponse en fréquence nous aide à déterminer les pics ou les creux de fréquences où les performances sont accentuées ou insuffisantes.
La réponse en fréquence d'un ou de plusieurs haut-parleurs est importante pour plusieurs raisons.
Tout d'abord, il est utile lors de la conception d'un système à plusieurs haut-parleurs et de l'emplacement des filtres.
Deuxièmement, il permet de choisir les meilleurs haut-parleurs pour le travail audio particulier que vous avez à l'esprit.
Alors que de nombreux haut-parleurs grand public ont un léger "sourire" dans leur réponse en fréquence pour adoucir le son, en tant que producteur de musique, vous voulez une paire de haut-parleurs avec une réponse en fréquence plate.
Ainsi, aucun instrument ou échantillon ne sera masqué par un creux dans les fréquences produites, ou ne sonnera plus fort qu'il ne l'est réellement en raison d'un pic dans le graphique.
Essentiellement, une réponse en fréquence plate dans les haut-parleurs garantit que tout ce que vous entendez est aussi proche que possible de la réalité.
Qu'en est-il des écouteurs ?
Les casques utilisent la même technologie que les haut-parleurs. Il s'agit en fait de minuscules haut-parleurs placés au-dessus (ou à l'intérieur) de vos oreilles.
Comment fonctionnent les enceintes stéréo ?
Un seul haut-parleur (en général) transmet le son en mono. Pour obtenir un champ sonore stéréo, il faut deux haut-parleurs mono alimentant respectivement le signal audio gauche et le signal audio droit, placés de manière appropriée.
Mais avez-vous déjà regardé une barre de son en vous demandant comment le champ stéréo est créé ?
Les enceintes simples conçues pour produire une image stéréo sont équipées de plusieurs haut-parleurs répartis sur l'ensemble de l'enceinte.
Le signal stéréo est divisé en canaux gauche et droit et est envoyé en quantités variables à chaque haut-parleur pour obtenir une image stéréo complète.
Les enceintes de ce type sont généralement accompagnées d'un haut-parleur supplémentaire - un caisson de basse - pour gérer les basses fréquences et la voix de Batman.
Qui a inventé le haut-parleur ?
Comme pour de nombreuses inventions du début du XXe siècle, il est difficile de déterminer avec précision qui a inventé le haut-parleur. Il est apparu au fil du temps, au fur et à mesure que les scientifiques et les inventeurs commençaient à mieux comprendre les ondes sonores et le courant électrique.
Alexander Graham Bell (célèbre pour son invention du téléphone) a apporté d'importantes contributions aux technologies liées au son, notamment en mettant au point une première version du haut-parleur à la fin du 19e siècle.
À la fin de ce siècle, Oliver Lodge a inventé le premier haut-parleur à bobine mobile. Puis, en 1915, l'ingénieur danois Peter L. Jensen et Edward Pridham ont obtenu un brevet pour leur invention d'un haut-parleur électrodynamique utilisant une bobine de fil attachée à un diaphragme placé dans un champ magnétique.
De l'autre côté de l'étang, en 1925, Edward W. Kellogg et Chester W. Rice ont conçu un haut-parleur dynamique avec un cône, dont la licence a été accordée à RCA. Cette conception comportait de nombreux aspects qui sont considérés comme la base de la technologie moderne des haut-parleurs.
Il faut un village et tout cela. Il suffit de dire que de nombreuses têtes pensantes ont passé d'innombrables heures à se creuser la tête pour que vous puissiez profiter aujourd'hui des concerts de Nickelback en toute fidélité.
L'avenir des orateurs
La technologie devient de plus en plus petite et de moins en moins chère. Nous le savons tous. Mais lorsqu'il s'agit de haut-parleurs, les principes de base de la technologie n'ont pas beaucoup changé depuis leur invention.
En fait, les haut-parleurs sont l'une des technologies les plus inefficaces que nous utilisons aujourd'hui. Plus de 99 % de l'énergie consommée par les haut-parleurs génère autre chose que du son. La plus grande partie est transformée en chaleur.
Il est assez surprenant que l'EPA n'ait pas interdit l'utilisation des haut-parleurs en raison de leurs mauvaises performances énergétiques.
Mais grâce à un nouveau matériau découvert en 2004, les haut-parleurs du futur pourraient être différents.
Le graphène est un matériau extrêmement léger, ce qui signifie qu'il a besoin de beaucoup moins d'énergie pour se déplacer d'avant en arrière afin de créer une onde de pression. Une excellente nouvelle pour les haut-parleurs d'aigus.
Si les scientifiques parviennent à mettre en place une production à grande échelle de graphène et à l'intégrer dans des applications commerciales, les haut-parleurs du futur pourraient être plus légers et beaucoup plus efficaces sur le plan énergétique.
Jusqu'à ce jour, nous devons nous contenter de mini-chauffages qui créent des changements de pression de l'air grâce à des signaux électriques, c'est-à-dire le haut-parleur.
Maintenant, allez-y, et écoutez la musique !
