Quel composant de haut-parleur est utilisé pour produire les fréquences audio les plus élevées, généralement entre 2 000 HZ et 20 000 HZ ?
tweeter
Les haut-parleurs sont généralement logés dans une enceinte qui est souvent une boîte rectangulaire ou carrée en bois ou parfois en plastique, et l'enceinte joue un rôle important dans la qualité du son. Lorsqu'une reproduction sonore haute fidélité est requise, plusieurs transducteurs de haut-parleurs sont souvent montés dans le même boîtier, chacun reproduisant une partie de la plage de fréquences audibles (image de droite). Dans ce cas, les haut-parleurs individuels sont appelés « pilotes » et l'unité entière est appelée haut-parleur. Les haut-parleurs conçus pour reproduire les hautes fréquences audio sont appelés tweeters, ceux destinés aux fréquences moyennes sont appelés haut-parleurs de milieu de gamme et ceux destinés aux basses fréquences sont appelés woofers. Des haut-parleurs plus petits se trouvent dans des appareils tels que les radios, les téléviseurs, les lecteurs audio portables, les ordinateurs et les instruments de musique électroniques. Des systèmes de haut-parleurs plus grands sont utilisés pour la musique, la sonorisation dans les théâtres et les concerts, ainsi que dans les systèmes de sonorisation. Pour reproduire correctement une large gamme de fréquences avec une couverture uniforme, la plupart des systèmes de haut-parleurs utilisent plusieurs haut-parleurs, en particulier pour un niveau de pression acoustique plus élevé ou une précision maximale. Des pilotes individuels sont utilisés pour reproduire différentes plages de fréquences. Les haut-parleurs sont appelés subwoofers (pour les très basses fréquences) ; woofers (basses fréquences); haut-parleurs médiums (fréquences moyennes); tweeters (hautes fréquences); et parfois des supertweeters, optimisés pour les fréquences audibles les plus élevées. Les termes relatifs aux différents haut-parleurs diffèrent selon l'application. Dans les systèmes bidirectionnels, il n'y a pas de haut-parleur de médium, la tâche de reproduire les sons de médium incombe donc au woofer et au tweeter. Les chaînes stéréo domestiques utilisent la désignation « tweeter » pour le haut-parleur haute fréquence, tandis que les systèmes de concert professionnels peuvent les désigner comme « HF » ou « aigus ». Lorsque plusieurs pilotes sont utilisés dans un système, un « réseau de filtres », appelé crossover, sépare le signal entrant en différentes plages de fréquences et les achemine vers le pilote approprié. Un système de haut-parleurs avec n bandes de fréquences distinctes est décrit comme « haut-parleurs à n voies » : un système bidirectionnel aura un woofer et un tweeter ; un système à trois voies utilise un woofer, un médium et un tweeter. Les pilotes de haut-parleur du type illustré sont appelés « dynamiques » (abréviation de électrodynamique) pour les distinguer des pilotes antérieurs (c'est-à-dire un haut-parleur en fer mobile), ou des haut-parleurs utilisant des systèmes piézoélectriques ou électrostatiques, ou l'un de plusieurs autres types. Les pilotes électrodynamiques individuels offrent leurs meilleures performances dans une plage de fréquences limitée. Plusieurs haut-parleurs (par exemple, subwoofers, woofers, haut-parleurs de milieu de gamme et tweeters) sont généralement combinés dans un système de haut-parleurs complet pour offrir des performances au-delà de cette contrainte. Un woofer est un haut-parleur qui reproduit les basses fréquences. Le haut-parleur fonctionne avec les caractéristiques du boîtier pour produire des basses fréquences appropriées (voir le boîtier du haut-parleur pour certains des choix de conception disponibles). En effet, les deux sont si étroitement liés qu’ils doivent être considérés ensemble dans leur utilisation. Ce n'est qu'au moment de la conception que les propriétés distinctes du boîtier et du woofer comptent individuellement. Certains systèmes de haut-parleurs utilisent un woofer pour les fréquences les plus basses, parfois suffisamment pour qu'un subwoofer ne soit pas nécessaire. De plus, certains haut-parleurs utilisent le woofer pour gérer les fréquences moyennes, éliminant ainsi le haut-parleur médium. Ceci peut être accompli en sélectionnant un tweeter capable de fonctionner suffisamment bas pour que, combiné à un woofer qui répond suffisamment haut, les deux haut-parleurs ajoutent de manière cohérente dans les fréquences moyennes. Un haut-parleur médium est un haut-parleur qui reproduit les fréquences moyennes. Les diaphragmes des haut-parleurs de milieu de gamme peuvent être constitués de papier ou de matériaux composites et peuvent être des haut-parleurs à rayonnement direct (un peu comme des woofers plus petits) ou des haut-parleurs à compression (un peu comme certains modèles de tweeters). Si le haut-parleur de médium est un radiateur direct, il peut être monté sur le déflecteur avant d'une enceinte de haut-parleur ou, s'il s'agit d'un haut-parleur à compression, monté au col d'un pavillon pour un niveau de sortie supplémentaire et un contrôle du diagramme de rayonnement. Un tweeter est un haut-parleur haute fréquence qui reproduit les fréquences les plus élevées d'un système de haut-parleurs. Un problème majeur dans la conception des tweeters est d'obtenir une large couverture sonore angulaire (réponse hors axe), car le son haute fréquence a tendance à quitter le haut-parleur dans des faisceaux étroits. Les tweeters à dôme souple sont largement présents dans les systèmes stéréo domestiques, et les pilotes de compression à pavillon sont courants dans la sonorisation professionnelle. Les tweeters à ruban ont gagné en popularité ces dernières années, car la puissance de sortie de certains modèles a été augmentée à des niveaux utiles pour la sonorisation professionnelle, et leur modèle de sortie est large dans le plan horizontal, un modèle qui a des applications pratiques dans le son de concert.
Un haut-parleur (ou haut-parleur ou haut-parleur) est un transducteur électroacoustique ; qui convertit un signal audio électrique en un son correspondant. Les premiers haut-parleurs primitifs ont été inventés lors du développement des systèmes téléphoniques à la fin des années 1800, mais l'amplification électronique par tube à vide à partir de 1912 environ a rendu les haut-parleurs vraiment pratiques. Dans les années 1920, ils étaient utilisés dans les radios, les phonographes, les systèmes de sonorisation et les systèmes de sonorisation des théâtres pour les films parlants.
Le type d'enceinte le plus utilisé aujourd'hui est l'enceinte dynamique, inventée en 1925 par Edward W. Kellogg et Chester W. Rice. Le haut-parleur dynamique fonctionne sur le même principe de base qu'un microphone dynamique, mais à l'envers, pour produire du son à partir d'un signal électrique. Lorsqu'un signal audio électrique à courant alternatif est appliqué à sa bobine acoustique, une bobine de fil suspendue dans un espace circulaire entre les pôles d'un aimant permanent, la bobine est forcée de se déplacer rapidement d'avant en arrière en raison de la loi d'induction de Faraday, ce qui provoque un diaphragme (généralement de forme conique) fixé à la bobine pour se déplacer d'avant en arrière, poussant l'air pour créer des ondes sonores. Outre cette méthode la plus courante, il existe plusieurs technologies alternatives qui peuvent être utilisées pour convertir un signal électrique en son. La source sonore (par exemple, un enregistrement sonore ou un microphone) doit être amplifiée avec un amplificateur avant que le signal ne soit envoyé au haut-parleur.
Les haut-parleurs sont généralement logés dans une enceinte qui est souvent une boîte rectangulaire ou carrée en bois ou parfois en plastique, et l'enceinte joue un rôle important dans la qualité du son. Lorsqu'une reproduction sonore haute fidélité est requise, plusieurs transducteurs de haut-parleurs sont souvent montés dans le même boîtier, chacun reproduisant une partie de la plage de fréquences audibles (image de droite). Dans ce cas, les haut-parleurs individuels sont appelés « pilotes » et l'unité entière est appelée haut-parleur. Les haut-parleurs conçus pour reproduire les hautes fréquences audio sont appelés tweeters, ceux destinés aux fréquences moyennes sont appelés haut-parleurs de milieu de gamme et ceux destinés aux basses fréquences sont appelés woofers. Des haut-parleurs plus petits se trouvent dans des appareils tels que les radios, les téléviseurs, les lecteurs audio portables, les ordinateurs et les instruments de musique électroniques. Des systèmes de haut-parleurs plus grands sont utilisés pour la musique, la sonorisation dans les théâtres et les concerts, ainsi que dans les systèmes de sonorisation.
Terminologie
Le terme « haut-parleur » peut faire référence à des transducteurs individuels (appelés « haut-parleurs ») ou à des systèmes de haut-parleurs complets constitués d'une enceinte comprenant un ou plusieurs haut-parleurs.
Pour reproduire correctement une large gamme de fréquences avec une couverture uniforme, la plupart des systèmes de haut-parleurs utilisent plusieurs haut-parleurs, en particulier pour un niveau de pression acoustique plus élevé ou une précision maximale. Des pilotes individuels sont utilisés pour reproduire différentes plages de fréquences. Les haut-parleurs sont appelés subwoofers (pour les très basses fréquences) ; woofers (basses fréquences); haut-parleurs médiums (fréquences moyennes); tweeters (hautes fréquences); et parfois des supertweeters, optimisés pour les fréquences audibles les plus élevées. Les termes relatifs aux différents haut-parleurs diffèrent selon l'application. Dans les systèmes bidirectionnels, il n'y a pas de haut-parleur de médium, la tâche de reproduire les sons de médium incombe donc au woofer et au tweeter. Les chaînes stéréo domestiques utilisent la désignation « tweeter » pour le haut-parleur haute fréquence, tandis que les systèmes de concert professionnels peuvent les désigner comme « HF » ou « aigus ». Lorsque plusieurs pilotes sont utilisés dans un système, un « réseau de filtres », appelé crossover, sépare le signal entrant en différentes plages de fréquences et les achemine vers le pilote approprié. Un système de haut-parleurs avec n bandes de fréquences distinctes est décrit comme « haut-parleurs à n voies » : un système bidirectionnel aura un woofer et un tweeter ; un système à trois voies utilise un woofer, un médium et un tweeter. Les pilotes de haut-parleur du type illustré sont appelés « dynamiques » (abréviation de électrodynamique) pour les distinguer des pilotes antérieurs (c'est-à-dire un haut-parleur en fer mobile), ou des haut-parleurs utilisant des systèmes piézoélectriques ou électrostatiques, ou l'un de plusieurs autres types.
Histoire
Johann Philipp Reis a installé un haut-parleur électrique dans son téléphone en 1861 ; il était capable de reproduire des tons clairs, mais pouvait également reproduire une parole étouffée après quelques révisions. Alexander Graham Bell a breveté son premier haut-parleur électrique (capable de reproduire une parole intelligible) dans le cadre de son téléphone en 1876, suivi en 1877 par une version améliorée d'Ernst Siemens. Pendant ce temps, Thomas Edison a obtenu un brevet britannique pour un système utilisant l'air comprimé comme mécanisme d'amplification pour ses premiers phonographes à cylindre, mais il a finalement opté pour le klaxon métallique familier actionné par une membrane fixée au stylet. En 1898, Horace Short a breveté une conception de haut-parleur alimenté par de l'air comprimé ; il vendit ensuite les droits à Charles Parsons, qui reçut plusieurs brevets britanniques supplémentaires avant 1910. Quelques sociétés, dont la Victor Talking Machine Company et Pathé, produisirent des tourne-disques utilisant des haut-parleurs à air comprimé. Cependant, ces conceptions étaient considérablement limitées par leur mauvaise qualité sonore et leur incapacité à reproduire le son à faible volume. Des variantes du système ont été utilisées pour des applications de sonorisation et, plus récemment, d'autres variantes ont été utilisées pour tester la résistance des équipements spatiaux aux niveaux sonores et vibratoires très forts produits par le lancement de fusées.
Le premier haut-parleur expérimental à bobine mobile (également appelé dynamique) a été inventé par Oliver Lodge en 1898. Les premiers haut-parleurs à bobine mobile pratiques ont été fabriqués par l'ingénieur danois Peter L. Jensen et Edwin Pridham en 1915, à Napa, en Californie. Kornum, Rene . "[http://ing.dk/artikel/hoejttaleren-fylder-100-aar-og-foedselaren-er-dansk-179868 Le haut-parleur a 100 ans]" Ingeniøren, 4 novembre 2015 Comme les haut-parleurs précédents, ils utilisaient des pavillons pour amplifier le son produit par un petit diaphragme. Jensen s'est vu refuser des brevets. N'ayant pas réussi à vendre leur produit aux compagnies de téléphone, ils ont changé en 1915 leur marché cible vers les radios et les systèmes de sonorisation et ont nommé leur produit Magnavox. Jensen était, pendant des années après l'invention du haut-parleur, copropriétaire de The Magnavox Company.
Le principe de la bobine mobile couramment utilisé aujourd'hui dans les haut-parleurs a été breveté en 1924 par Chester W. Rice et Edward W. Kellogg. La principale différence entre les tentatives précédentes et le brevet de Rice et Kellogg réside dans l'ajustement des paramètres mécaniques de sorte que la résonance fondamentale du système en mouvement soit inférieure à la fréquence à laquelle l'impédance de rayonnement du cône devient uniforme.
Vers la même époque, Walter H. Schottky inventa le premier haut-parleur à ruban en collaboration avec le Dr Erwin Gerlach.
Ces premiers haut-parleurs utilisaient des électro-aimants, car les aimants permanents de grande taille et puissants n'étaient généralement pas disponibles à un prix raisonnable. La bobine d'un électro-aimant, appelée bobine de champ, était alimentée par un courant via une deuxième paire de connexions vers le pilote. Cet enroulement remplissait généralement un double rôle, agissant également comme une bobine d'arrêt, filtrant l'alimentation de l'amplificateur auquel le haut-parleur était connecté. L'ondulation du courant alternatif dans le courant a été atténuée par l'action du passage à travers la bobine d'arrêt. Cependant, les fréquences de la ligne AC avaient tendance à moduler le signal audio allant à la bobine acoustique et à s'ajouter au bourdonnement audible. En 1930, Jensen a présenté le premier haut-parleur commercial à aimant fixe ; cependant, les gros et lourds aimants en fer de l'époque n'étaient pas pratiques et les haut-parleurs à bobine de champ sont restés prédominants jusqu'à la disponibilité généralisée des aimants Alnico légers après la Seconde Guerre mondiale.
Dans les années 1930, les fabricants d’enceintes ont commencé à combiner deux ou trois haut-parleurs passe-bande afin d’augmenter la réponse en fréquence et le niveau de pression acoustique. En 1937, le premier système de haut-parleurs standard de l'industrie cinématographique, « le système [http://www.audioheritage.org/html/profiles/lmco/shearer.htm Shearer Horn] pour les théâtres » (un système bidirectionnel), était introduit par Metro-Goldwyn-Mayer. Il utilisait quatre haut-parleurs basse fréquence de 15 pouces, un réseau croisé réglé sur 375 Hz et un seul cornet multicellulaire avec deux pilotes de compression fournissant les hautes fréquences. John Kenneth Hilliard, James Bullough Lansing et Douglas Shearer ont tous joué un rôle dans la création du système. Lors de l'Exposition universelle de New York en 1939, un très grand système de sonorisation bidirectionnel a été installé sur une tour à Flushing Meadows. Les huit haut-parleurs basse fréquence 27″ ont été conçus par Rudy Bozak en tant qu'ingénieur en chef chez Cinaudagraph. Les pilotes haute fréquence ont probablement été fabriqués par Western Electric.
Altec Lansing a présenté le 604, qui est devenu son plus célèbre haut-parleur coaxial duplex, en 1943. Il incorporait un pavillon haute fréquence qui envoyait le son au milieu d'un woofer de 15 pouces pour des performances proches de la source ponctuelle. Le système de haut-parleurs « Voice of the Theatre » d'Altec est arrivé sur le marché en 1945, offrant une meilleure cohérence et clarté aux niveaux de sortie élevés nécessaires dans les salles de cinéma. L'Académie des arts et des sciences du cinéma a immédiatement commencé à tester ses caractéristiques sonores ; ils en ont fait la norme de l'industrie cinématographique en 1955. En 1954, Edgar Villchur a développé le principe de suspension acoustique de la conception des haut-parleurs à Cambridge, Massachusetts. Cela a permis une meilleure réponse des basses qu'auparavant avec des haut-parleurs montés dans des enceintes plus petites, ce qui était important lors de la transition vers l'enregistrement et la reproduction stéréo. Lui et son partenaire Henry Kloss ont créé la société Acoustic Research pour fabriquer et commercialiser des systèmes d'enceintes utilisant ce principe. Par la suite, les développements continus dans la conception et les matériaux des boîtiers ont conduit à des améliorations sonores significatives. Les améliorations les plus notables à ce jour dans les haut-parleurs dynamiques modernes et dans les haut-parleurs qui les utilisent sont l'amélioration des matériaux des cônes, l'introduction d'adhésifs à haute température, l'amélioration des matériaux à aimants permanents, l'amélioration des techniques de mesure, la conception assistée par ordinateur et l'analyse par éléments finis. . Aux basses fréquences, l’application de la théorie des réseaux électriques aux performances acoustiques permises par diverses conceptions d’enceintes (initialement par Thiele, puis par Small) a été très importante au niveau de la conception.
Conception des haut-parleurs - Haut-parleurs dynamiques
Le type de haut-parleur le plus courant, communément appelé haut-parleur dynamique, utilise un diaphragme léger, ou cône, relié à un panier ou un cadre rigide, via une suspension flexible, communément appelée araignée, qui contraint une bobine acoustique à se déplacer axialement à travers un entrefer magnétique cylindrique. Lorsqu'un signal électrique est appliqué à la bobine mobile, un champ magnétique est créé par le courant électrique dans la bobine mobile, ce qui en fait un électro-aimant variable. La bobine et le système magnétique du haut-parleur interagissent, générant une force mécanique qui provoque un mouvement de va-et-vient de la bobine (et donc du cône attaché), reproduisant ainsi le son sous le contrôle du signal électrique appliqué provenant de l'amplificateur. Ce qui suit est une description des composants individuels de ce type de haut-parleur.
Le diaphragme est généralement fabriqué avec un profil en forme de cône ou de dôme. Une grande variété de matériaux différents peuvent être utilisés, mais les plus courants sont le papier, le plastique et le métal. Le matériau idéal serait 1) rigide, pour empêcher les mouvements incontrôlés du cône ; 2) avoir une faible masse, pour minimiser les besoins en force de démarrage et les problèmes de stockage d'énergie ; 3) être bien amorti, pour réduire les vibrations qui se poursuivent après l'arrêt du signal avec peu ou pas de sonnerie audible en raison de sa fréquence de résonance déterminée par son utilisation. En pratique, ces trois critères ne peuvent pas être remplis simultanément en utilisant les matériaux existants ; ainsi, la conception des pilotes implique des compromis. Par exemple, le papier est léger et généralement bien amorti, mais il n’est pas rigide ; le métal peut être rigide et léger, mais il a généralement un mauvais amortissement ; le plastique peut être léger, mais généralement, plus il est rigide, plus l'amortissement est faible. En conséquence, de nombreux cônes sont constitués d’une sorte de matériau composite. Par exemple, un cône peut être fabriqué à partir de papier de cellulose, dans lequel ont été ajoutées des fibres de carbone, de Kevlar, de verre, de chanvre ou de bambou ; ou il pourrait utiliser une construction sandwich en nid d'abeille ; ou bien un revêtement peut lui être appliqué de manière à fournir un raidissement ou un amortissement supplémentaire.
Le châssis, le cadre ou le panier est conçu pour être rigide, évitant ainsi toute déformation susceptible de modifier les alignements critiques avec l'espace magnétique, provoquant peut-être un frottement de la bobine mobile contre les côtés de l'espace. Les châssis sont généralement moulés en alliage d'aluminium ou estampés à partir d'une fine tôle d'acier, bien que dans certains haut-parleurs dotés de grands aimants, les châssis moulés soient préférables, car la tôle peut facilement être déformée chaque fois que le haut-parleur est soumis à une manipulation brutale. D'autres matériaux tels que les paniers en plastique moulé et en composé de plastique amorti sont de plus en plus courants, en particulier pour les conducteurs peu coûteux et de faible masse. Le châssis métallique peut jouer un rôle important en évacuant la chaleur de la bobine acoustique ; le chauffage pendant le fonctionnement modifie la résistance, provoque des changements dimensionnels physiques et, s'il est extrême, peut même démagnétiser les aimants permanents.
Le système de suspension maintient la bobine centrée dans l'espace et fournit une force de rappel (centrage) qui ramène le cône à une position neutre après le déplacement. Un système de suspension typique se compose de deux parties : l'araignée, qui relie le diaphragme ou la bobine mobile au cadre et fournit la majorité de la force de rappel, et l'entourage, qui aide à centrer l'ensemble bobine/cône et permet un mouvement libre du piston aligné avec l'entrefer magnétique. L'araignée est généralement constituée d'un disque en tissu ondulé, imprégné d'une résine raidissante. Le nom vient de la forme des premières suspensions, qui étaient deux anneaux concentriques en bakélite, reliés par six ou huit « pieds » incurvés. Les variantes de cette topologie comprenaient l'ajout d'un disque en feutre pour fournir une barrière contre les particules qui pourraient autrement provoquer le frottement de la bobine mobile. La firme allemande Rulik propose toujours des drivers avec des araignées peu communes en bois.
Le contour du cône peut être constitué de mousse de caoutchouc ou de polyester, ou d'un anneau de tissu ondulé enduit de résine ; il est fixé à la fois à la circonférence externe du diaphragme et au cadre. Ces différents matériaux d'ambiance, leur forme et leur traitement peuvent affecter considérablement la sortie acoustique d'un haut-parleur ; chaque classe et implémentation ayant des avantages et des inconvénients. La mousse de polyester, par exemple, est légère et économique, mais elle est dégradée par l'exposition à l'ozone, aux rayons UV, à l'humidité et aux températures élevées, ce qui limite considérablement sa durée de vie utile et ses performances adéquates.
Le fil d'une bobine mobile est généralement en cuivre, bien que de l'aluminium et, rarement, de l'argent puissent être utilisés. L'avantage de l'aluminium est son poids léger, qui augmente la fréquence de résonance de la bobine mobile et lui permet de répondre plus facilement aux fréquences plus élevées. Un inconvénient de l’aluminium est qu’il n’est pas facile à souder et que les connexions sont donc souvent serties et scellées. Ces connexions doivent être bien établies, sinon elles pourraient échouer dans un environnement intense de vibrations mécaniques. Les sections transversales des fils de bobine mobile peuvent être circulaires, rectangulaires ou hexagonales, offrant ainsi différentes quantités de couverture de volume de fil dans l'espace de l'espace magnétique. La bobine est orientée coaxialement à l'intérieur de l'espace ; il se déplace d'avant en arrière dans un petit volume circulaire (un trou, une fente ou une rainure) dans la structure magnétique. L'espace établit un champ magnétique concentré entre les deux pôles d'un aimant permanent ; l'extérieur de l'espace étant un pôle et le poteau central (appelé pièce polaire) étant l'autre. La pièce polaire et la plaque arrière sont souvent une seule pièce, appelée plaque polaire ou joug.
Les aimants conducteurs modernes sont presque toujours permanents et fabriqués en céramique, ferrite, Alnico ou, plus récemment, en terres rares telles que le néodyme et le samarium-cobalt. Une tendance en matière de conception, due à l'augmentation des coûts de transport et au désir d'appareils plus petits et plus légers (comme dans de nombreuses installations multi-enceintes de cinéma maison), est l'utilisation de ce dernier type de ferrite au lieu de types de ferrite plus lourds. Très peu de fabricants produisent encore des haut-parleurs électrodynamiques avec des bobines de champ alimentées électriquement, comme c'était courant dans les premières conceptions ; l'une des dernières est une entreprise française. Lorsque des aimants permanents à haute intensité de champ sont devenus disponibles, l'Alnico, un alliage d'aluminium, de nickel et de cobalt, est devenu populaire, car il a éliminé les problèmes d'alimentation électrique des pilotes de bobines de champ. Alnico a été utilisé presque exclusivement jusque vers 1980. Les aimants Alnico peuvent être partiellement démagnétisés (c'est-à-dire démagnétisés) par des « pops » ou des « clics » accidentels provoqués par des connexions desserrées, surtout s'ils sont utilisés avec un amplificateur de haute puissance. Ces dommages peuvent être réparés en "rechargeant" l'aimant.
Après 1980, la plupart (mais pas tous) des fabricants de haut-parleurs sont passés de l'Alnico aux aimants en ferrite, fabriqués à partir d'un mélange d'argile céramique et de fines particules de ferrite de baryum ou de strontium. Bien que l'énergie par kilogramme de ces aimants en céramique soit inférieure à celle de l'Alnico, elle est nettement moins coûteuse, ce qui permet aux concepteurs d'utiliser des aimants plus grands mais plus économiques pour atteindre une performance donnée.
La taille et le type d'aimant ainsi que les détails du circuit magnétique diffèrent en fonction des objectifs de conception. Par exemple, la forme de la pièce polaire affecte l'interaction magnétique entre la bobine acoustique et le champ magnétique et est parfois utilisée pour modifier le comportement du conducteur. Un « anneau de court-circuit », ou boucle de Faraday, peut être inclus sous la forme d'un mince capuchon en cuivre fixé sur la pointe du pôle ou sous la forme d'un anneau lourd situé dans la cavité du pôle magnétique. Les avantages de cette complication sont une impédance réduite aux hautes fréquences, offrant une sortie d'aigus étendue, une distorsion harmonique réduite et une réduction de la modulation d'inductance qui accompagne généralement les grandes excursions de la bobine mobile. D'un autre côté, le capuchon en cuivre nécessite un espacement de bobine acoustique plus large, avec une réluctance magnétique accrue ; cela réduit le flux disponible, nécessitant un aimant plus grand pour des performances équivalentes.
La conception des haut-parleurs, y compris la manière particulière dont deux ou plusieurs haut-parleurs sont combinés dans un boîtier pour constituer un système de haut-parleurs, est à la fois un art et une science. L'ajustement d'une conception pour améliorer les performances s'effectue à l'aide d'une combinaison de théories magnétiques, acoustiques, mécaniques, électriques et scientifiques des matériaux, et est suivi avec des mesures de haute précision et les observations d'auditeurs expérimentés. Quelques-uns des problèmes auxquels les concepteurs de haut-parleurs et de haut-parleurs doivent faire face sont la distorsion, le lobe de rayonnement, les effets de phase, la réponse hors axe et les artefacts de croisement. Les concepteurs peuvent utiliser une chambre anéchoïque pour garantir que le haut-parleur peut être mesuré indépendamment des effets de la pièce, ou l'une des nombreuses techniques électroniques qui, dans une certaine mesure, remplacent de telles chambres. Certains développeurs évitent les chambres anéchoïques au profit de configurations de salle standardisées spécifiques destinées à simuler des conditions d'écoute réelles.
La fabrication de systèmes de haut-parleurs finis est devenue segmentée, en fonction en grande partie du prix, des frais d'expédition et des limites de poids. Les systèmes d'enceintes haut de gamme, qui sont généralement plus lourds (et souvent plus grands) que ce que permet une expédition économique en dehors des régions locales, sont généralement fabriqués dans leur région de marché cible et peuvent coûter 140 000 $ ou plus par paire. Les systèmes de haut-parleurs et les haut-parleurs économiques destinés au marché de masse peuvent être fabriqués en Chine ou dans d'autres sites de fabrication à faible coût.
Types de pilotes
Les pilotes électrodynamiques individuels offrent leurs meilleures performances dans une plage de fréquences limitée. Plusieurs haut-parleurs (par exemple, subwoofers, woofers, haut-parleurs de milieu de gamme et tweeters) sont généralement combinés dans un système de haut-parleurs complet pour offrir des performances au-delà de cette contrainte.
Les trois systèmes de rayonnement sonore les plus couramment utilisés sont les haut-parleurs de type cône, dôme et cornet.
Pilotes large bande
Un haut-parleur large bande est un haut-parleur conçu pour être utilisé seul pour reproduire un canal audio sans l'aide d'autres haut-parleurs et doit donc couvrir toute la gamme de fréquences audio. Ces haut-parleurs sont petits, généralement de 3 à 10 pouces de diamètre pour permettre une réponse raisonnable dans les hautes fréquences, et soigneusement conçus pour fournir une sortie à faible distorsion aux basses fréquences, bien qu'avec un niveau de sortie maximum réduit. Les haut-parleurs à large bande (ou plus précisément à large bande) sont le plus souvent entendus dans les systèmes de sonorisation, dans les téléviseurs (bien que certains modèles soient adaptés à l'écoute hi-fi), les petites radios, les interphones, certains haut-parleurs d'ordinateur, etc. -fi, l'utilisation d'unités de haut-parleurs à large portée peut éviter les interactions indésirables entre plusieurs pilotes causées par un emplacement non coïncident des pilotes ou des problèmes de réseau croisé. Les amateurs de systèmes d'enceintes hi-fi à haut-parleurs à large bande revendiquent une cohérence sonore due à la source unique et à l'absence d'interférences qui en résulte, et probablement aussi à l'absence de composants de croisement. Les détracteurs citent généralement la réponse en fréquence limitée des haut-parleurs à large bande et leurs capacités de sortie modestes (surtout dans les basses fréquences), ainsi que leur besoin de boîtiers grands, élaborés et coûteux, tels que des lignes de transmission, des résonateurs quart d'onde ou des pavillons, pour s'approcher des performances optimales. . Avec l'avènement des pilotes en néodyme, des lignes de transmission quart d'onde à faible coût sont rendues possibles et sont de plus en plus disponibles dans le commerce. [http://www.askmen.com/top_10/celebrity/october-kickstarter-projects_1.html QuarterWave : haut-parleurs de ligne de transition Bluetooth - AskMen]
Les haut-parleurs large bande utilisent souvent un cône supplémentaire appelé siffleur : un petit cône léger fixé à l'articulation entre la bobine mobile et le cône principal. Le cône Whizzer étend la réponse haute fréquence du haut-parleur et élargit sa directivité haute fréquence, qui autrement serait considérablement réduite en raison du matériau du cône de diamètre extérieur qui ne parvient pas à suivre la bobine mobile centrale aux fréquences plus élevées. Le cône principal de conception whizzer est fabriqué de manière à fléchir davantage dans le diamètre extérieur que dans le centre. Le résultat est que le cône principal fournit les basses fréquences et que le cône siffleur contribue à la plupart des fréquences les plus élevées. Étant donné que le cône siffleur est plus petit que le diaphragme principal, la dispersion de sortie aux hautes fréquences est améliorée par rapport à un diaphragme équivalent plus grand.
Les haut-parleurs à portée limitée, également utilisés seuls, se trouvent généralement dans les ordinateurs, les jouets et les radios-réveils. Ces pilotes sont moins élaborés et moins coûteux que les pilotes à large plage, et ils peuvent être gravement compromis pour s'adapter à de très petits emplacements de montage. Dans ces applications, la qualité sonore n’est pas une priorité. L'oreille humaine tolère remarquablement une mauvaise qualité sonore, et la distorsion inhérente aux haut-parleurs à portée limitée peut améliorer leur sortie dans les hautes fréquences, augmentant ainsi la clarté lors de l'écoute de paroles.
Caisson de basses
Un caisson de basses est un haut-parleur de graves utilisé uniquement pour la partie la plus basse du spectre audio : généralement en dessous de 200 Hz pour les systèmes grand public, en dessous de 100 Hz pour le son live professionnel et en dessous de 80 Hz dans les systèmes approuvés THX. Étant donné que la gamme de fréquences prévue est limitée, la conception du système de caisson de basses est généralement plus simple à bien des égards que celle des haut-parleurs conventionnels, consistant souvent en un seul haut-parleur enfermé dans un boîtier ou une enceinte appropriée. Étant donné que le son dans cette gamme de fréquences peut facilement se courber dans les coins par diffraction, l'ouverture du haut-parleur n'a pas besoin d'être orientée vers le public et les subwoofers peuvent être montés au bas de l'enceinte, face au sol. Cela a été facilité par les limites de l'audition humaine aux basses fréquences ; de tels sons ne peuvent pas être localisés dans l'espace, en raison de leurs grandes longueurs d'onde par rapport aux fréquences plus élevées qui produisent des effets différentiels dans les oreilles en raison de l'ombre de la tête et de la diffraction autour d'elle, sur lesquelles nous nous appuyons pour obtenir des indices de localisation.
Pour reproduire avec précision les notes de basse très basses sans résonances indésirables (généralement provenant des panneaux d'armoire), les systèmes de caisson de basses doivent être solidement construits et correctement renforcés ; les bons subwoofers sont généralement assez lourds. De nombreux systèmes de caisson de basses comprennent des amplificateurs de puissance et des (sub)filtres électroniques subsoniques, avec des commandes supplémentaires pertinentes pour la reproduction des basses fréquences. Ces variantes sont connues sous le nom de subwoofers « actifs » ou « amplifiés ». En revanche, les subwoofers « passifs » nécessitent une amplification externe. Dans les installations typiques, les subwoofers sont physiquement séparés du reste des transducteurs. En raison du délai de propagation, leur sortie peut être quelque peu déphasée par rapport à un autre subwoofer (sur un autre canal). est légèrement déphasé par rapport au reste du son. Par conséquent, l'ampli de puissance d'un caisson de basses dispose souvent d'un réglage du retard de phase (environ 1 ms de retard est requis pour chaque pied supplémentaire de séparation de l'auditeur) qui peut améliorer les performances du système dans son ensemble aux fréquences du caisson de basses (et peut-être une octave ou une octave). donc au-dessus du point de croisement). Cependant, l’influence des résonances ambiantes (parfois appelées ondes stationnaires) est généralement si importante que ces problèmes sont secondaires en pratique.
Woofer
Un woofer est un haut-parleur qui reproduit les basses fréquences. Le haut-parleur fonctionne avec les caractéristiques du boîtier pour produire des basses fréquences appropriées (voir le boîtier du haut-parleur pour certains des choix de conception disponibles). En effet, les deux sont si étroitement liés qu’ils doivent être considérés ensemble dans leur utilisation. Ce n'est qu'au moment de la conception que les propriétés distinctes du boîtier et du woofer comptent individuellement. Certains systèmes de haut-parleurs utilisent un woofer pour les fréquences les plus basses, parfois suffisamment pour qu'un subwoofer ne soit pas nécessaire. De plus, certains haut-parleurs utilisent le woofer pour gérer les fréquences moyennes, éliminant ainsi le haut-parleur médium. Ceci peut être accompli en sélectionnant un tweeter capable de fonctionner suffisamment bas pour que, combiné à un woofer qui répond suffisamment haut, les deux haut-parleurs ajoutent de manière cohérente dans les fréquences moyennes.
Pilote milieu de gamme
Un haut-parleur médium est un haut-parleur qui reproduit les fréquences moyennes. Les diaphragmes des haut-parleurs de milieu de gamme peuvent être constitués de papier ou de matériaux composites et peuvent être des haut-parleurs à rayonnement direct (un peu comme des woofers plus petits) ou des haut-parleurs à compression (un peu comme certains modèles de tweeters). Si le haut-parleur de médium est un radiateur direct, il peut être monté sur le déflecteur avant d'une enceinte de haut-parleur ou, s'il s'agit d'un haut-parleur à compression, monté au col d'un pavillon pour un niveau de sortie supplémentaire et un contrôle du diagramme de rayonnement.
Tweeter
Un tweeter est un haut-parleur haute fréquence qui reproduit les fréquences les plus élevées d'un système de haut-parleurs. Un problème majeur dans la conception des tweeters est d'obtenir une large couverture sonore angulaire (réponse hors axe), car le son haute fréquence a tendance à quitter le haut-parleur dans des faisceaux étroits. Les tweeters à dôme souple sont largement présents dans les systèmes stéréo domestiques, et les pilotes de compression à pavillon sont courants dans la sonorisation professionnelle. Les tweeters à ruban ont gagné en popularité ces dernières années, car la puissance de sortie de certains modèles a été augmentée à des niveaux utiles pour la sonorisation professionnelle, et leur modèle de sortie est large dans le plan horizontal, un modèle qui a des applications pratiques dans le son de concert.
Pilotes coaxiaux
Un haut-parleur coaxial est un haut-parleur doté de deux ou plusieurs haut-parleurs concentriques combinés. Les haut-parleurs coaxiaux ont été produits par de nombreuses entreprises, telles que Altec, Tannoy, Pioneer, KEF, SEAS, B&C Speakers, BMS, Cabasse et Genelec.
Conception du système de haut-parleurs
Croisement
Utilisé dans les systèmes d'enceintes multi-drivers, le crossover est un sous-système qui sépare le signal d'entrée en différentes gammes de fréquences adaptées à chaque driver. Les haut-parleurs reçoivent de l'énergie uniquement dans leur plage de fréquences utilisable (la plage pour laquelle ils ont été conçus), réduisant ainsi la distorsion des haut-parleurs et les interférences entre eux. Aucun croisement ne peut être parfait (c'est-à-dire un blocage absolu aux bords de la bande passante, aucune variation d'amplitude dans la bande passante, aucun changement de phase à travers les limites de bande de fréquence établies par le croisement, ..), il s'agit donc d'une description idéalisée.
Les crossovers peuvent être passifs ou actifs. Un filtre passif est un circuit électronique qui utilise une combinaison d'une ou plusieurs résistances, inductances ou condensateurs non polaires. Ces éléments sont formés en réseaux soigneusement conçus et sont le plus souvent placés entre l'amplificateur de puissance à gamme complète de fréquences et les haut-parleurs pour diviser le signal de l'amplificateur en bandes de fréquences nécessaires avant d'être transmis aux haut-parleurs individuels. Les circuits de croisement passif ne nécessitent aucune alimentation externe au-delà du signal audio lui-même, mais présentent des inconvénients : coût élevé, composants volumineux (inductances et condensateurs), capacité limitée à ajuster le circuit comme souhaité en raison du choix limité de composants à haut niveau de puissance, etc. provoquer une perte globale substantielle du signal et une réduction significative du facteur d'amortissement entre la bobine mobile et le crossover.Elliott Sound Products. Rod Elliott, 2004. [http://sound.westhost.com/biamp-vs-passive.htm Active Vs. Passive Crossovers.] Récupéré le 16 juin 2009. Un crossover actif est un circuit de filtre électronique qui divise le signal en bandes de fréquences individuelles avant l'amplification de puissance, nécessitant ainsi au moins un amplificateur de puissance pour chaque passe-bande. Le filtrage passif peut également être utilisé de cette manière avant l'amplification de puissance, mais il s'agit d'une solution peu courante car moins flexible que le filtrage actif. Toute technique utilisant un filtrage croisé suivi d'une amplification est communément appelée bi-amplification, tri-amplification, quad-amplification, etc., en fonction du nombre minimum de canaux d'amplificateur. Certaines conceptions de haut-parleurs utilisent une combinaison de filtrage passif et actif, comme un croisement passif entre les haut-parleurs moyennes et hautes fréquences et un croisement actif entre le haut-parleur basse fréquence et les fréquences moyennes et hautes combinées.
Les crossovers passifs sont couramment installés à l’intérieur des boîtiers d’enceintes et sont de loin le type de crossover le plus courant pour une utilisation domestique et à faible consommation. Dans les systèmes audio automobiles, les crossovers passifs peuvent se trouver dans un boîtier séparé, nécessaire pour s'adapter à la taille des composants utilisés. Les croisements passifs peuvent être simples pour un filtrage d'ordre faible, ou complexes pour permettre des pentes abruptes telles que 18 ou 24 dB par octave. Les crossovers passifs peuvent également être conçus pour compenser les caractéristiques indésirables des résonances du haut-parleur, du pavillon ou de l'enceinte, Elliott Sound Products. Rod Elliott, 2004. [http://sound.westhost.com/lr-passive.htm Design of Passive Crossovers.] Récupéré le 16 juin 2009. et peut être délicat à mettre en œuvre, en raison de l'interaction des composants. Les crossovers passifs, comme les unités de commande qu'ils alimentent, ont des limites de tenue en puissance, ont des pertes d'insertion (10 % sont souvent revendiqués) et modifient la charge vue par l'amplificateur. Ces changements préoccupent de nombreuses personnes dans le monde de la haute fidélité. Lorsque des niveaux de sortie élevés sont requis, des filtres actifs peuvent être préférables. Les crossovers actifs peuvent être de simples circuits qui émulent la réponse d'un réseau passif, ou peuvent être plus complexes, permettant des ajustements audio approfondis. Certains filtres actifs, généralement des systèmes de gestion de haut-parleurs numériques, peuvent inclure des fonctionnalités permettant un alignement précis de la phase et du temps entre les bandes de fréquences, une égalisation et un contrôle de la dynamique (compression et limitation).
Boîtiers
La plupart des systèmes de haut-parleurs sont constitués de haut-parleurs montés dans une enceinte ou une armoire. Le rôle de l'enceinte est d'empêcher les ondes sonores émanant de l'arrière du conducteur d'interférer de manière destructrice avec celles provenant de l'avant. Les ondes sonores émises par l'arrière sont déphasées de 180° par rapport à celles émises vers l'avant, donc sans enceinte, elles provoquent généralement des annulations qui dégradent considérablement le niveau et la qualité du son dans les basses fréquences.
Le support de pilote le plus simple est un écran plat (c'est-à-dire un déflecteur) dans lequel les pilotes sont montés dans des trous. Cependant, dans cette approche, les fréquences sonores dont la longueur d’onde est supérieure aux dimensions du déflecteur sont annulées, car le rayonnement antiphase provenant de l’arrière du cône interfère avec le rayonnement provenant de l’avant. Avec un panneau infiniment grand, cette interférence pourrait être entièrement évitée. Une boîte scellée suffisamment grande peut s’approcher de ce comportement.
Puisque les panneaux de dimensions infinies sont impossibles, la plupart des enceintes fonctionnent en contenant le rayonnement arrière du diaphragme mobile. Une enceinte étanche empêche la transmission du son émis depuis l'arrière de l'enceinte en confinant le son dans une boîte rigide et hermétique. Les techniques utilisées pour réduire la transmission du son à travers les parois de l'armoire comprennent des parois d'armoire plus épaisses, des matériaux de paroi avec perte, des contreventements internes, des parois d'armoire incurvées ou, plus rarement, des matériaux viscoélastiques (par exemple, du bitume chargé en minéraux) ou une fine feuille de plomb appliquée. aux murs intérieurs de l’enceinte.
Cependant, une enceinte rigide réfléchit le son en interne, qui peut ensuite être retransmis à travers le diaphragme du haut-parleur, ce qui entraîne à nouveau une dégradation de la qualité sonore. Cela peut être réduit par un stagiaire