Haut-parleur stéréo

Contexte

Un haut-parleur ou enceinte est un dispositif qui convertit les ondes d’énergie électrique en ondes d’énergie mécanique ou en sons audibles. Le son est produit par la vibration d’un objet. Cette vibration crée une série d’ondulations ou de vagues, un peu comme ce que l’on voit lorsqu’on jette une pierre dans un étang. Les haut-parleurs reproduisent les ondes sonores (ou audio) à différentes fréquences. La fréquence est la vitesse à laquelle les particules de l’air vibrent. Le son que l’oreille humaine peut entendre se situe entre 20 hertz (Hz) et 20 000 Hz ou 20 kilohertz (kHz) environ. Les haut-parleurs sont utilisés dans tous les types d’équipements de communication et de divertissement tels que les récepteurs de radio et de télévision, les magnétophones, les répondeurs téléphoniques, les moniteurs pour bébés et les systèmes de divertissement domestiques stéréo

Historique

Le principe de base d’un haut-parleur dynamique a peu changé depuis qu’il a été breveté par Ernst Siemens en 1874. Siemens a décrit son invention comme un moyen d’obtenir un mouvement mécanique d’une bobine électrique à partir de courants électriques qui la traversaient. L’objectif initial de son invention était de déplacer un bras télégraphique. Alexander Graham Bell a appliqué les principes du dispositif de Siemens au téléphone deux ans plus tard. On attribue à Thomas Edison l’invention du haut-parleur tel qu’on le connaît aujourd’hui. Il était constitué d’un diaphragme flexible (cône) fixé à la gorge d’un cornet acoustique.

Les cônes des premiers haut-parleurs utilisaient divers matériaux tels que de fines feuilles de métal, du cuir et du papier. Le papier était (et est toujours) utilisé dans la construction des cônes de haut-parleurs car il est bon marché et facilement disponible.

Matières premières

Le haut-parleur dynamique n’a pas changé depuis des décennies. Le cadre est fait de fer ou d’aluminium estampé. L’aimant permanent est un matériau céramique ferrite composé d’oxyde de fer, de strontium et d’un liant céramique. Le cône, l’entourage et l’araignée sont en papier traité recouvert d’une colle adhésive. La bobine mobile est constituée d’une bobine en plastique autour de laquelle est enroulé un fil de cuivre isolé de calibre fin.

Conception

Le haut-parleur le plus courant est le haut-parleur dynamique. Il est constitué d’un cadre, d’un aimant permanent, d’un noyau en fer doux, d’une bobine mobile et d’un cône. Le cadre supporte l’ensemble cône et aimant permanent. La bobine mobile est constituée d’un fil isolé enroulé autour d’une bobine en plastique. Une extrémité de la bobine est fixée au cône et le corps de la bobine glisse sur le noyau en fer doux.

Les fils de la bobine mobile sont reliés à un amplificateur audio. Lorsque des signaux électriques audio provenant de l’amplificateur sont appliqués à la bobine mobile, un champ électromagnétique est produit autour de la bobine mobile. La bobine mobile se déplace alors d’avant en arrière le long du noyau de fer doux, ce qui favorise ou contrecarre le champ magnétique produit par l’aimant permanent. Le mouvement de la bobine mobile fait vibrer le cône attaché et produit un son.

Il existe quatre grands types de haut-parleurs : le haut-parleur large bande, le tweeter, le médium et le woofer. Le haut-parleur à gamme complète peut reproduire la majeure partie du spectre sonore audio. Cependant, un seul haut-parleur ne peut pas reproduire avec précision toute la gamme de fréquences audio de l’oreille humaine. Par conséquent, d’autres haut-parleurs ont été conçus pour surmonter les limites du haut-parleur pleine gamme.

Le tweeter est conçu pour les fréquences audio plus élevées ou les sons aigus dans la gamme 4-20 kHz. Ils sont très petits, généralement autour de 2 po (5,1 cm) de diamètre ou moins. Le haut-parleur de médium reproduit les sons dans la gamme de fréquences de 1 000 Hz à 10 kHz. Leur taille varie de 5,1 à 20,3 cm (2 à 8 pouces) de diamètre. Le woofer reproduit les basses ou les sons très graves dans la plage de fréquences de 20 à 1 000 Hz. Un subwoofer peut étendre cette gamme jusqu’à 3 Hz. Les woofers ont un diamètre de 4 à 15 pouces (10,2 à 38,1 cm), le diamètre de 10 à 12 pouces (25,4 à 30,2 cm) étant le plus courant.

Le processus de fabrication

1. L’aimant permanent est construit en mélangeant de l’oxyde de fer avec du strontium, puis en broyant le composé en une puissance très fine. La puissance est mélangée à un liant céramique, puis fermée dans une matrice métallique. La matrice est ensuite placée dans un four et frittée pour lier le mélange.
2. Le cadre est construit à partir d’une feuille d’aluminium ou d’acier. La tôle arrive à l’usine préformée. Elle est ensuite placée sur un tapis roulant et transportée vers une machine de découpe qui a utilisé une presse hydraulique pour découper des trous dans la feuille afin de permettre la libre circulation de l’air du cône. La feuille est ensuite formée par une presse hydraulique qui force la feuille dans une matrice de la forme souhaitée. Les trous de montage sont ensuite percés à leurs emplacements appropriés.
3. Le cône, l’entourage et l’araignée sont formés individuellement à partir de papier composite, puis collés ensemble comme un assemblage.
4. La bobine mobile est construite en enroulant de nombreux tours de fil de cuivre isolé très fin sur une bobine en plastique. L’ensemble bobine et bobine mobile est collé au capuchon anti-poussière de l’ensemble cône.
5. Le cadre, le noyau en fer doux et l’aimant permanent sont boulonnés en un ensemble.
6. L’ensemble cône est ensuite fixé à l’ensemble cadre en collant d’abord manuellement l’araignée à la base du cadre, puis en collant le contour au sommet du cadre.

Contrôle de qualité

Les inspecteurs surveillent toutes les étapes du processus de fabrication. L’aimant permanent est vérifié pour détecter les éclats ou les fissures. Les cônes en papier sont inspectés pour détecter les défauts ou les trous dans le matériau, et le collage correct de l’assemblage des cônes. L’ensemble de l’assemblage est inspecté pour vérifier la qualité globale et le respect des spécifications.

L’assemblage final du haut-parleur est relié à un générateur audio qui teste la réponse en fréquence et les capacités de puissance du haut-parleur pour s’assurer qu’il produit un son conforme aux spécifications requises.

Sous-produits/déchets

Les déchets métalliques du cadre et les déchets de papier du cône sont envoyés dans des usines de recyclage pour être valorisés. Les matériaux exotiques tels que le strontium doivent être éliminés conformément aux réglementations gouvernementales.

L’avenir

L’industrie expérimente constamment les matières premières pour améliorer la qualité sonore des enceintes, la réponse en fréquence et la puissance de sortie. De nouvelles technologies sont en cours de développement sous la forme d’un haut-parleur à entraînement direct qui n’utilise pas de cône.