Musique, podcasts, appels téléphoniques et vidéos ont un point commun : pour être écoutés au casque, ils doivent être transformés en ondes sonores. Le détail surprenant est que aucun son ne circule à l’intérieur des écouteurs. En fait, ce qui circule le long du câble ou de la connexion sans fil sont des signaux électriques qui doivent être convertis en vibrations de l’air avant de pouvoir atteindre l’oreille humaine.
C’est lui qui accomplit cette tâche conférenciersouvent appelé aussi conducteurs. Il s’agit du composant responsable de la production du son et représente le véritable cœur de tout casque. Aussi petit soit-il, il fonctionne selon les mêmes principes physiques qui font fonctionner les enceintes dans des enceintes beaucoup plus grandes.
Le haut-parleur est le composant qui transforme l’électricité en son
Le fonctionnement de l’enceinte repose sur un principe physique relativement simple. D’un point de vue technique, c’est un transducteur électroacoustiquec’est-à-dire un appareil conçu pour convertir une forme d’énergie en une autre. Dans le cas des écouteurs, le but est de transformer les signaux électriques issus de la source audio en vibrations mécaniques capables de déplacer l’air.
Ce processus se produit des milliers de fois par seconde et avec un niveau de précision étonnant. Chaque note de musique, chaque mot prononcé lors d’un appel et chaque effet sonore présent dans un film sont reconstruits par l’orateur à travers une série de mouvements microscopiques.
La technologie la plus utilisée dans les casques modernes est celle de pilote dynamiqueune solution qui allie petites dimensions, faible consommation et bonne qualité sonore. C’est précisément ce type de haut-parleur que l’on retrouve dans la plupart des écouteurs et casques audio du marché.
Les trois éléments fondamentaux du conducteur
Pour comprendre comment naît le son, il est nécessaire d’observer ce qui se cache à l’intérieur d’un haut-parleur dynamique. Le système se compose de trois éléments principaux : un aimant permanentun bobine mobile et un membrane.
L’aimant a pour tâche de générer un champ magnétique constant. La bobine, autrement appelée bobine mobile, est constituée d’un mince fil métallique enroulé en spirale et positionné à l’intérieur du champ magnétique produit par l’aimant.
Une membrane extrêmement légère est reliée à la bobine, souvent en plastique ou en matériaux composites. C’est la partie qui, lorsqu’elle bouge, génère physiquement des ondes sonores.
Pris individuellement, ces éléments ne produisent aucun effet particulier. Cependant, lorsqu’un signal électrique les traverse, ils commencent à interagir les uns avec les autres, exploitant l’un des phénomènes fondamentaux de l’électromagnétisme.
Que se passe-t-il lorsqu’une chanson commence
Lorsqu’une chanson commence à jouer, l’appareil source envoie un signal électrique au haut-parleur qui contient toutes les informations nécessaires pour reconstruire le son original. Le courant circule à travers la bobine mobile, la transformant temporairement en un électro-aimant. À ce stade, l’aimant permanent à l’intérieur du pilote entre en jeu.
Puisque les champs magnétiques peuvent s’attirer ou se repousser selon leur configuration, la bobine vient continuellement poussée en avant et en arrière suivant les variations du signal électrique. Le mouvement est extrêmement rapide et peut se répéter des milliers de fois en une seule seconde.
Toutefois, la bobine ne bouge pas toute seule. Etant relié directement à la membrane, il entraîne également celle-ci avec lui.
Comment naît le son : le mouvement de l’air
La membrane peut être imaginée comme une minuscule surface vibrante, semblable à certains égards à la peau d’un tambour. Lorsqu’il avance, il comprime légèrement l’air devant lui, tandis que lorsqu’il recule, il génère une légère diminution de pression. Ces variations continues de pression se propagent dans l’environnement sous forme d’ondes sonores.
En pratique, le son n’est pas « créé » par le courant électrique, mais par mouvement de l’air provoquée par la membrane. L’enceinte joue donc le rôle d’intermédiaire entre le monde de l’électronique et celui des ondes sonores.
L’ensemble du processus se déroule presque instantanément. Des délais extrêmement courts s’écoulent entre le moment où le signal atteint le conducteur et le moment où le son atteint le tympan.
Parce qu’ils se sentent faibles, moyens et élevés
L’un des aspects les plus fascinants du fonctionnement des écouteurs concerne leur capacité à reproduire des fréquences très différentes utilisant toujours le même composant. La différence entre graves, médiums et aigus dépend en effet de la vitesse à laquelle la membrane vibre.
Le basses fréquencescomme celles produites par une grosse caisse ou une basse électrique, correspondent à des oscillations relativement lentes et importantes. Le fréquences plus élevées au lieu de cela, ils nécessitent des mouvements beaucoup plus rapides.
Pour donner une idée de la précision nécessaire, l’oreille humaine peut percevoir les sons entrants jusqu’à environ 20 000 Hzsoit 20 000 oscillations par seconde. Pour que la reproduction soit fidèle, la membrane doit donc pouvoir suivre des variations extrêmement rapides sans se déformer ni introduire de distorsions indésirables.
C’est également pour cette raison que les matériaux, la forme et les dimensions du haut-parleur jouent un rôle important dans la qualité d’écoute finale.
Pourquoi les conducteurs dynamiques dominent le marché
Dans le secteur audio, il existe des technologies alternatives aux pilotes dynamiques. Certains écouteurs haut de gamme utilisent, par exemple, Pilotes planaires magnétiques ou bien systèmes électrostatiquescapable d’offrir des performances particulièrement élevées dans certains contextes.
Malgré cela, les pilotes dynamiques restent la solution la plus populaire. La raison est assez simple : ils parviennent à proposer un excellent compromis entre qualité sonore, consommation d’énergie, coût de production et taille. Ils peuvent être miniaturisés en écouteurs très compacts et fonctionnent bien même avec la puissance limitée fournie par les smartphones et les appareils portables. Cette combinaison de fonctionnalités en a fait la norme de référence pour une grande partie du marché grand public.
Un petit système électromagnétique caché dans les oreilles
Derrière chaque chanson écoutée au casque se cache un processus bien plus complexe qu’il n’y paraît à première vue. En effet, à l’intérieur de chaque pavillon travaille un petit système électromagnétique composé d’aimants, de bobine et de membrane, conçus pour transformer en continu les signaux électriques en mouvement.
L’enceinte reconstitue fidèlement les vibrations de l’air correspondant au signal reçu. C’est précisément ce système électromagnétique sophistiqué qui convertit les signaux électriques en ondes sonores en une fraction de seconde.