3.1 – Enceintes haute-fidélité : les haut-parleurs

Il existe de multiples types de haut-parleurs, répondant à des besoins audio variés. Cet article s’intéresse aux haut-parleurs utilisés dans la fabrication des enceintes haute-fidélité.

Avant d’en commencer la lecture, il est bon de noter qu’il n’existe pas de haut-parleur parfait. Nous essayerons en conséquence de souligner les principaux avantages et inconvénients de chacun des types de haut-parleurs que nous allons présenter, en gardant à l’esprit que c’est en tant que partie du tout formé par l’enceinte (acoustique, filtres, autres haut-parleurs, câblage interne …) qu’un haut-parleur d’enceinte haute-fidélité est conçu pour travailler.

Haut-parleurs électrodynamiques

Le plus commun des haut-parleurs que l’on retrouve dans la majorité des enceintes haute fidélité est le haut-parleur électro-dynamique à bobine mobile, breveté en 1925 par Kellogg and Rice (ci-contre).

Il fonctionne selon le principe d’induction électromagnétique qui consiste, nous nous rappelons, en l’application d’une force électromagnétique, la force de Laplace, à un élément conducteur parcouru par un courant placé dans un champ magnétique.

Dans le haut parleur, le courant électrique parcourt la bobine mobile du moteur soumise au champ magnétique de l’aimant, créant ainsi un mouvement transmit à la membrane qui rentre ainsi en vibration. La mise en vibration de la membrane induit des variations de pression acoustique, qui sont perçues comme le son.

Les hauts-parleurs électrodynamiques à bobine mobile peuvent disposer d’une membrane conique ou à dôme. Le design en dôme est particulièrement apprécié pour les tweeters car il offre une moins grande directivité dans les registres aigus et une meilleure dissipation de la chaleur.

Les haut-parleurs électrodynamiques sont le plus souvent spécialisés dans la reproduction d’une plage de fréquence. On distingue ainsi :

• Les haut parleur de fréquences très graves, utilisés dans les caissons de basses : 20-200Hz
• Les haut-parleurs de graves, ou woofer : 40Hz-1 kHz
• Les hauts-parleurs de médiums : 300Hz-5kHz
• Les haut-parleurs d’aigus, ou tweeters : 2 kHz-20kHz

Haut-parleurs large bande

Si l’on choisit le plus souvent de répartir les plages de fréquences graves, médiums et aiguës entre des haut-parleurs qui leur sont dédiés, il existe aussi des haut-parleurs capables de reproduire l’ensemble des fréquences. Il s’agit des haut-parleurs à large bande.

Les enceintes utilisant ce type de haut-parleur disposent un énorme avantage par rapport aux enceintes multivoies conventionnelles : l’absence de filtre de répartition (ou un nombre réduit selon que le haut parleur large bande travaille seul ou conjointement avec d’autres haut-parleurs, un tweeter par exemple). Nous reviendrons sur les filtres dans une section suivante qui leur sera consacrée mais, pour faire court, en n’utilisant pas de filtre de répartition sur une plage de fréquence, le son devient immédiatement plus naturel et mieux spatialisé. Cela tient à l’ouïe humaine, reposant pour localiser les sons sur la phase de l’onde sonore : les ondes émises par deux haut-parleurs dans une enceinte deux voies par exemple ne seront plus parfaitement en phase en dehors du point de répartition, ce qui peut déranger l’oreille.

Les haut-parleurs à bande large excellent dans la reproduction de registres graves et médiums très bien articulés et détaillés et brilleront particulièrement à l’écoute des formations de jazz et de musique classique par exemple.

En revanche, les haut-parleurs large bande devant être capables de traiter une plage de fréquence élargie avec la meilleure performance, ils sont d’une fabrication complexe et sont généralement plus adaptés à des volumes d’écoute modérés plutôt qu’à des niveaux de concert pour éviter les distorsions.

Des fabricants comme l’américain ZU AUDIO sont passés maîtres dans l’art de la fabrication d’enceintes avec haut-parleurs à large bande, utilisés seuls ou en association avec d’autres haut-parleurs, un tweeter pour la reproduction des fréquences aiguës par exemple.

Ci-dessus l’enceinte Zu Audio Soul Supreme, une enceinte à haut rendement dotée d’un haut-parleur large bande et d’un tweeter RADIAN, primée Diapason d’Or en 2017.

Haut-parleurs électrodynamiques à rubans

Il s’agit d’un type de haut-parleur électrodynamique particulier, ou le diaphragme prend la forme d’un ruban rectangulaire qui agit lui même comme conducteur du signal électrique.

Ce type de haut parleur présente l’avantage d’offrir un diaphragme extrêmement léger, généralement en aluminium, et donc plus mobile, mu par une force motrice répartie de manière plus homogène que dans un haut-parleur conventionnel.

En conséquence, il offre une excellente réponse aux transitoires, les phénomènes évolutifs en présence lors de l’établissement et l’extinction des sons, et excelle à la reproduction des fréquences aiguës.

En revanche, le petit volume du diaphragme le rend particulièrement sensible à la chaleur, limitant la puissance admissible. On note également que ces haut-parleurs ont une très faible impédance, ce qui limite les possibilités d’associations avec la section d’amplification. Voir « Lire la fiche technique d’une enceinte haut-fidélité » pour plus d’information à ce sujet.

Haut-parleurs électrostatiques

Les haut-parleurs électrostatiques fonctionnent selon le principe d’induction électrostatique. Ici, la membrane est une membrane plane très fine soumise à une tension continue par une alimentation haute tension, placée entre deux grilles en opposition de charges. Les charges des deux grilles s’inversent selon la modulation du signal issu du transformateur, induisant une succession de phénomènes d’attraction / répulsion sur la membrane qui rentre ainsi en mouvement.

Ce type de haut parleur-présente plusieurs avantages. Très précis et doté d’une réponse en fréquence étendue, la répartition homogène de la force motrice placée sur la membrane permet une excellente réponse aux transitoires et une réduction des distorsions. Le trajet du signal électrique est simplifié, avec bien souvent un seul filtre de répartition, ce qui évite les colorations et autres problèmes liés à de multiples ou médiocres filtres de répartition.

En termes d’inconvénients, on note la faible capacité de débattement de la membrane coincée entre les grilles et donc un rendement généralement assez faible. Le placement de ce type d’enceinte est également plus compliqué : l’absence d’enceinte acoustique demande de respecter une plus grande distance par rapport au mur arrière afin de ne pas générer de phénomènes acoustiques perturbateurs, et la zone d’écoute est plus réduite qu’avec des haut parleurs électrodynamiques en raison de leur directivité.

Les enceintes haute-fidélité conçues avec ce type de haut parleur y associent souvent un haut parleur électrodynamique dédié à la reproduction des graves. Nous pensons ici au fabricant Martin Logan, devenu une référence dans ce domaine.

Haut-parleurs à Plasma et Piezoélectriques

Ces deux types de haut-parleurs sont beaucoup plus anecdotiques dans le monde de la haute-fidélité.

Le haut-parleur à plasma (un exemple en photo ci-contre) applique d’importantes différences de potentiel entre deux électrodes placées en vis à vis, de part et d’autre d’un contenant rempli de gaz qui en se ionisant devient le plasma. La variation a haute fréquence de la différence de potentiel appliquée permet d’induire des variations de volume du plasma qui se contracte ou dilate en fonction de la température, créant ainsi des variation de pression dans l’air traduites en ondes sonores.

Le haut-parleur piézoélectrique utilise un cristal piézoélectrique qui se dilate et se contracte en réponse au courant qu’on lui applique afin de créer les variations de pression acoustique à l’origine du son.

Malgré des performances qui peuvent être spectaculaires dans les aigus, le haut-parleur piézoélectrique comme le haut parleur à plasma ont du mal à se frayer un chemin dans la haute fidélité, en raison de leurs faibles réponse en fréquence et efficacité dans les fréquences graves, liées aux petits volumes d’air déplacés.