La membrane conique d’un haut-parleur électrodynamique à bobine mobile

Il s’agit, pour le haut-parleur, à l’in­verse du micro­phone, de conver­tir l’éner­gie élec­trique en éner­gie acous­tique. L’his­toire de la sono­ri­sa­tion a été le terrain d’ex­pé­ri­men­ta­tion de plusieurs tech­niques de trans­duc­tion, avec plus ou moins de succès. Avant l’ère du haut-parleur à bobine mobile, dans la période de 1876 (brevet par Alexan­der G. Bell du premier trans­duc­teur élec­troa­cous­tique) à 1925, on trou­vait plutôt des écou­teurs avec un pavillon (télé­phone, phono­graphe) que des haut-parleurs à propre­ment parler. En l’ab­sence d’am­pli­fi­ca­tion (la triode ne sera inven­tée qu’en 1906), mettre au point un appa­reil qui permet l’écoute à plusieurs s’avère impos­sible. Certains modèles annoncent déjà le haut-parleur moderne, mais il faut attendre les années 20 et l’in­té­gra­tion de l’am­pli dans l’en­ceinte pour avoir un appa­reil capable de remplir l’es­pace acous­tique d’une pièce.

Histoire et fonc­tion­ne­ment

En 1925 est mis sur le marché un modèle déve­loppé par les ingé­nieurs Rice et Kellogg (rien à voir avec les céréales). Ce haut-parleur et son enceinte consti­tuent une réelle avan­cée, avec sa bobine mobile, sa membrane conique à radia­tion directe et ses suspen­sions. L’am­pli­fi­ca­teur inté­gré assu­rait un niveau suffi­sant pour exploi­ter le haut-parleur et a sûre­ment contri­bué au succès commer­cial du modèle, en amenant un confort d’uti­li­sa­tion inconnu jusqu’alors. Même si l’enjeu n’était pas d’avoir une réponse parfaite de 20 Hz à 20 kHz (mais quand même de sonner le plus « natu­rel » possible), tous les compo­sants majeurs d’un haut-parleur étaient déjà là et les concep­teurs de l’époque, malgré toutes les évolu­tions dans les maté­riaux, ne seraient pas perdus en face d’un de nos haut-parleurs modernes.

La famille des haut-parleurs à bobine mobile comporte la plus grande variété de tailles et de formes, mais leur cœur est toujours consti­tué d’un fil conduc­teur enroulé sur un support cylin­drique, placé dans le champ magné­tique d’un aimant. L’in­ter­ac­tion des forces magné­tiques de l’ai­mant et de la bobine dans laquelle passe le signal qui sort de l’am­pli, provoque le mouve­ment de la bobine. Celle-ci avance ou recule en fonc­tion des oscil­la­tions du signal (la trans­duc­tion est donc élec­tro-mécano-acous­tique si on veut être précis).

Membrane conique

Un compro­mis entre rigi­dité et légè­reté s’im­pose pour assu­rer un mouve­ment de la membrane le plus uniforme possible. Le diaphragme doit être suffi­sam­ment rigide (et avoir tendance à être lourd) pour se conduire en piston, mais en même temps, se doit d’être suffi­sam­ment léger, pour permettre une bonne repro­duc­tion des tran­si­toires. L’angle du cône appelle, lui aussi, un compro­mis : plus fermé il favo­rise la rigi­dité, au détri­ment d’une direc­ti­vité plus large, plus ouverte, le frac­tion­ne­ment de la membrane (le moment où elle cesse de se compor­ter comme un piston) arrive plus vite, mais la direc­ti­vité s’élar­git.

Les para­mètres ayant une influence sur le résul­tat sont nombreux. Du point de vue de l’uti­li­sa­teur, un des premiers que l’on regarde est le diamètre du haut-parleur, il condi­tionne la bande passante où il aura la meilleure sensi­bi­lité. Sché­ma­tique­ment, les grands diamètres permettent d’avoir plus de niveau dans les basses que les petits, mais ne sont pas assez véloces pour bien repro­duire les aigus.

En pratique, une membrane conique cesse de se compor­ter en piston aux fréquences où ses propres modes vibra­toires sont exci­tés. Elle se frac­tionne : la partie de la membrane la plus proche du centre se découple de la partie la plus au bord. Il se crée alors des nœuds de flexion : des réso­nances et autres acci­dents dans la réponse. C’est un argu­ment de plus pour filtrer et avoir diffé­rents diamètres de haut-parleur selon la bande de fréquences que l’on veut repro­duire.

Les recherches sur les maté­riaux des diaphragmes ont conduit à de très nombreuses varia­tions, pour essayer d’at­teindre la meilleure réponse et/ou le meilleur rende­ment possibles : fibre de papier ou végé­tale, métal, kevlar et autres matières synthé­tiques, fibre de carbone, mélanges ou struc­tures compo­sites. Les tech­niques de fabri­ca­tion aussi se sont amélio­rées : ther­mo­for­mage et injec­tion permettent de sculp­ter des nervures rigi­di­fiant la membrane et de créer des assem­blages sophis­tiqués en sand­wich ou en nid d’abeille. Paral­lè­le­ment, la préci­sion des outils rendant possible la modé­li­sa­tion en amont, et le contrôle des défauts en aval, est toujours plus grande.

Dans le prochain article, nous conti­nue­rons la descrip­tion des compo­sants d’un haut-parleur à bobine mobile, à savoir : les suspen­sions et le circuit magné­tique.