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La suspension et l’aimant d’un haut-parleur

pédago Les différents principes de fonctionnement des haut-parleurs - 2e partie
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Nous avions commencé précédemment par décrire la membrane d’un haut-parleur électrodynamique conique. Elle joue évidemment un rôle crucial dans la qualité finale d’un haut-parleur, en tant qu’élément rayonnant, mais c’est loin d’être le seul endroit d’où peut venir une dégradation du signal. Nous allons décrire ici l’importance des suspensions et des aimants.

La société LD Systems a décidé d'adosser sa marque aux articles 'sonorisation'. Elle n'intervient aucunement dans la rédaction des articles en question.

Suspension périphérique

HP electrodynamique vue en coupe
Vue en coupe d’un haut-parleur à cône

La périphérie d’un haut-parleur est fixée par une bordure plus ou moins souple, appelée suspension. Sa fonction première est de maintenir la membrane en lui laissant une marge de mouvement suffisante. Mais elle joue aussi un rôle dans la prévention du fractionnement de la membrane et l’amortissement des résonances qui en découlent. Les profils et matériaux des suspensions périphériques sont multiples.

Les premières confections étaient en peau de chamois, cuir, tissu ou papier. Dans un deuxième temps se sont imposés le caoutchouc et les mousses synthétiques. La suspension peut aussi être réalisée dans la même pièce que la membrane, en traitant spécifiquement son bord extérieur, par moulage puis vernissage.

Bravox E2k suspension periph
Haut-parleur de basses pour voiture avec sa suspension proéminente

Le matériau de la suspension doit être choisi en fonction de la densité de la membrane et de la bande passante de fonctionnement du haut-parleur, lui laissant le débattement nécessaire dans cette plage en étant le plus neutre possible acoustiquement. Cependant, les matériaux les plus neutres ne sont pas forcément les plus solides et il est fréquent que la suspension se dégrade avant la membrane. Donc là aussi, les constructeurs doivent se positionner face à des enjeux contradictoires : souplesse suffisante, neutralité acoustique, bonne tenue dans le temps…

Spider

US6144753 2 brevet 1997 pioneer crop
Moule pour un spider – les points légendés sont les points d’injection de la résine [source : US patent n° US6144753A - 1997 Pioneer]

La suspension périphérique ne suffit pas à garder centrées les parties mobiles (bobine et diaphragme) du haut-parleur conique. Si on veut que le mouvement ne s’effectue que dans un seul axe, c’est-à-dire empêcher le roulis qui amène son lot de distorsion non linéaire, il est nécessaire d’avoir un maintien au niveau de la bobine. La distance de celle-ci par rapport à l’aimant doit être toujours la même, et en aucun cas ils ne doivent se toucher, malgré l’étroitesse de l’entrefer (l’espace de quelques millimètres laissé à la bobine entre les pièces polaires).

Cette suspension arrière prend généralement la forme d’un disque qui se fixe sur le support de la bobine d’un côté, et sur le châssis de l’autre. De sa forme (un rond central et des pseudo-pattes) est né le nom imagé « spider ». Actuellement, la plupart des spiders ne ressemblent plus à des araignées et sont en tissu imprégné de résine ; ils présentent une forme ondulée propice à un amortissement contrôlé. Pour ne pas favoriser le mouvement dans un sens par rapport à un autre, leur fabrication doit être très minutieuse, de manière à ce que la contrainte qu’il oppose au mouvement de la bobine soit homogène. Un choix doit être fait entre une bonne rigidité, qui assure le centrage de la bobine, et une grande souplesse, qui permet son déplacement sans gêne.

Spider rÇcent
Spider générique - forme la plus courante actuellement

Circuit magnétique

L’intensité du champ magnétique dans lequel se déplace la bobine est un élément clé pour la sensibilité d’un haut-parleur. La qualité du circuit magnétique dépend des caractéristiques de l’aimant et du bon assemblage des pièces polaires. Ces pièces sont fabriquées en fer doux ou dans un matériau qui se magnétise facilement. Elles servent à rapporter les pôles de l’aimant l’un en face de l’autre, au niveau de l’entrefer, en laissant juste l’espace pour que la bobine puisse se déplacer dans le champ magnétique. Plus l’entrefer est étroit, plus le champ magnétique sera fort, mais moins la bobine aura de place pour dissiper la chaleur qu’elle accumule.

Assemblage Aimant
Schéma d’un circuit magnétique typique

Il existe plusieurs matériaux possibles pour fabriquer un aimant. Leurs qualités intrinsèques influencent le choix des constructeurs. Selon l’intensité magnétique voulue et la place disponible, selon le maintien des qualités magnétiques dans le temps et dans des conditions extrêmes, et surtout, selon le coût de revient envisagé, tel matériau sera privilégié à tel autre. L’augmentation en flèche du prix du cobalt, dans les années 70, a marginalisé de plus en plus les alliages qui en contiennent, au profit des aimants ferrite ou néodyme.

Selon le type d’aimant et la taille du haut-parleur, le montage de l’aimant peut se faire de manière centrée par rapport à la bobine (au milieu de celle-ci), ou de manière périphérique, en cercle autour de la bobine. Le montage central assure un minimum de fuites magnétiques, mais il rend plus difficile le refroidissement de la bobine (on perce l’aimant pour que l’air puisse circuler). Ce type de montage convient mieux aux aimants à base de cobalt, ce qui explique la prédominance actuelle du montage périphérique, plus adapté aux aimants ferrites et néodymes.

Après cette évocation brève de quelques problématiques importantes de la conception d’un haut-parleur conique (pas de prétention à l’exhaustivité ici), dans le prochain article seront abordés les cas des haut-parleurs à dôme et des chambres de compression.

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