Connaître l’audio : une introduction aux haut-parleurs

Alors que nous avons commencé notre voyage à travers le monde de l’audio Hi-Fi d’un point de vue strictement pratique et technique sans être induits en erreur par un woo audiophile, nous avons déjà examiné le composant le plus important de tout système audio : le l’oreille de l’auditeur. Il est temps de descendre la chaîne jusqu’au prochain maillon ; le haut-parleur.

Le son est constitué d’ondes de pression dans l’air, et le but d’un haut-parleur est de déplacer l’air pour créer ces ondes. Il existe une variété de technologies de haut-parleurs « exotiques », y compris des conceptions piézoélectriques et électrostatiques, nous considérerons ici la variété de haut-parleur à bobine mobile de jardin. Il est le plus souvent utilisé pour les gros graves ou les médiums plus petits dans un système de haut-parleurs typique.

Coupe transversale d'un haut-parleur.  Iain, png par Rohitbd, CC BY-SA 3.0.
Coupe transversale d’un haut-parleur. Iain, png par Rohitbd, CC BY-SA 3.0.

Un haut-parleur à bobine mobile a un cône léger suspendu par un accouplement flexible autour de son bord, avec une bobine de fil électrique près de sa pointe qui se trouve dans un puissant champ magnétique. L’application d’un courant électrique dans un sens le déplace vers l’extérieur, dans l’autre sens vers l’intérieur. L’application d’un courant électrique alternatif le fait vibrer et le mouvement d’air qui en résulte crée un son. Il existe autant de variantes de l’idée de base qu’il y a de concepteurs de haut-parleurs, mais il est habituel que le cône et le couplage flexible soient conservés dans un cadre métallique à dos ouvert qui contient également l’aimant, et que le cône soit fait d’une certaine forme de papier raidi.

Infiniment déconcerté

Essayez de jouer un haut-parleur assis à l’air libre, et vous trouverez son son décevant. Le haut-parleur produit des ondes de pression de l’arrière et de l’avant, déphasées de 180 degrés et interférant les unes avec les autres. Le résultat est quelque chose d’un gâchis, et surtout les basses fréquences s’annuleront. Certains moyens d’isoler le son avant du son arrière sont nécessaires, et cela se présente sous la forme d’un boîtier ou d’une enceinte.

Une enceinte de haut-parleur à baffle infinie.  Gaudiowork, CC BY-SA 4.0
Une enceinte de haut-parleur à baffle infinie. Gaudiowork, CC BY-SA 4.0

L’armoire idéale est ce qu’on appelle un baffle infini. Imaginez que vous vous tenez devant un mur qui s’étend à l’infini dans toutes les directions, avec le haut-parleur monté devant vous. Lorsque le cône bouge, vous ne recevez que les ondes de l’avant du haut-parleur et, par conséquent, vos oreilles reçoivent toute la gamme de sons que le haut-parleur peut produire sans effets indésirables du mélange des sons avant et arrière.

Mais vous n’avez pas un mur infini. Si vous réduisez le mur de plus en plus petit et commencez à compenser tout son qui fuit de ses bords en le courbant autour de l’arrière de l’enceinte, vous obtenez finalement une boîte scellée avec l’enceinte montée à l’avant, qui commence à ressembler à un un peu comme les enceintes d’enceintes que nous connaissons tous. Il existe des variantes sur ce thème qui utilisent des ports accordés pour tenter d’exploiter une partie de ce son à l’arrière du haut-parleur et de le déphaser pour augmenter le son avant, mais cette enceinte à baffle infini à boîtier scellé reste le type de haut-parleur le plus courant. boîtier car il est simple à construire et donne de bons résultats.

Un bon haut-parleur ne se résume pas à une simple boîte

Pour la plupart des haut-parleurs du type que vous rencontrerez, vous pouvez créer un boîtier de la bonne taille pour les contenir et ils sonneront plutôt bien. Mais à moins d’être très chanceux, vous n’utiliserez pas le haut-parleur avec une enceinte au bon volume pour exploiter au maximum son potentiel. Les haut-parleurs sont modélisés mathématiquement à l’aide d’un ensemble de paramètres décrivant leurs diverses propriétés électriques et mécaniques, nommés paramètres Thiele-Small pour les deux chercheurs qui les ont codifiés. En utilisant ces paramètres, l’enceinte optimale peut être calculée pour un haut-parleur donné, ce qui permet d’obtenir la meilleure qualité sonore pour cet appareil. Malheureusement, il arrive souvent que les haut-parleurs bon marché n’aient pas de paramètres Thiele-Small publiés, mais si ceux que vous avez choisis en ont, vous pouvez les utiliser pour obtenir les meilleurs résultats.

Le schéma de circuit du réseau croisé à l'intérieur d'une enceinte Philips vintage.  Piano Piano !, CC BY 2.0.
Le schéma de circuit du réseau croisé à l’intérieur d’une enceinte Philips vintage. Piano Piano !, CC BY 2.0.

Il est important que le matériau à partir duquel l’enceinte est construite soit approprié, car un mauvais choix peut sérieusement dégrader le son. Un boîtier de haut-parleur doit être construit dans un matériau qui ne résonne pas ou ne fléchit pas aux fréquences produites par le haut-parleur, donc idéalement, il doit posséder une masse et une rigidité importantes. Il doit contenir le son, après tout. Pour cette raison, de nombreuses enceintes de qualité décente sont fabriquées en MDF, car elles possèdent ces qualités et sont raisonnablement peu coûteuses. Même avec une bonne enceinte, il est également courant qu’elle soit partiellement remplie de ouate acoustique, un matériau léger et moelleux conçu pour amortir les réflexions et les résonances à l’intérieur de l’enceinte.

Parce que les haut-parleurs ont une masse, plus ils sont gros, moins ils accélèrent facilement. Les gros haut-parleurs qui reproduisent bien les basses fréquences sont appelés woofers. Les haut-parleurs de milieu de gamme et le tweeter à haute fréquence sont conçus spécifiquement pour résoudre différentes bandes de fréquences. Un ensemble de filtres LC appelé réseau croisé se charge alors de n’alimenter que le contenu souhaité dans chaque cône.

Enfin, il existe une race de haut-parleurs qui semble défier toutes les probabilités et sonner bien malgré le fait qu’ils se trouvent dans ce qui semblerait être une enceinte extrêmement inappropriée. Sur mon bureau, j’ai un haut-parleur Bluetooth qui m’a coûté environ 25 $ et a environ la taille de deux paquets de cartes, mais il sonne bien mieux que ce à quoi je m’attendrais d’un appareil de cette nature. La réponse se trouve dans l’électronique. En fait, c’est un haut-parleur profondément défectueux mais dont l’amplificateur intégré contient un DSP programmé pour compenser ces défauts dans l’audio. Ne soyez pas tenté de reproduire un petit haut-parleur de cette nature à moins que vous ne soyez également un assistant DSP, car il ne reproduira forcément pas le son de son équivalent commercial.

Les haut-parleurs n’ont pas besoin d’être compliqués, mais il ne s’agit pas simplement d’imprimer en 3D une boîte qui a l’air bien. Mais en fabriquant des enceintes sophistiquées, nous entrons massivement dans la loi des rendements décroissants, et il est discutable une fois qu’un certain prix a été dépassé si d’autres extensions de budget en ont pour leur argent. En fin de compte, cela revient à la physique consistant à envoyer les ondes de pression à vos oreilles – si une paire de haut-parleurs décents vous semble bien, alors vous en avez peut-être pour votre argent sans trop dépenser.

La prochaine étape de la chaîne Hi-Fi est le câble reliant le haut-parleur à l’amplificateur, mais comme nous examinerons les câbles dans leur ensemble à une date ultérieure, il est préférable que notre prochain article examine les amplificateurs, et ce qui en fait un bon.