Les cristaux piézoélectriques dans les haut-parleurs : Fonctionnement, utilisation, caractéristiques

Vous n’avez jamais entendu parler des haut-parleurs piézo, et encore moins de l’effet piézoélectrique ? Alors vous êtes certainement comme beaucoup d’autres. Mais si vous voulez mieux comprendre les différences entre les haut-parleurs compacts et bon marché, comme ceux que l’on trouve dans les cartes de vœux musicales, et les haut-parleurs hi-fi, vous êtes au bon endroit ! Nous vous expliquons comment fonctionne un haut-parleur piézo, où il est utilisé et pourquoi Teufel préfère d’autres types de construction.

Qu’est-ce qu’un haut-parleur piézoélectrique ?

Le principe d’un haut-parleur est clair : il transforme les impulsions électriques en ondes sonores. C’est exactement ce que fait un haut-parleur piézoélectrique (en abrégé : haut-parleur piézo), mais d’une autre manière qu’un transducteur électrodynamique ou électrostatique. La différence réside à la fois dans le matériau utilisé et dans la construction.

Un transducteur piézoélectrique se compose d’un transducteur de flexion et d’une membrane très fine. Le transducteur de flexion est fabriqué à partir de cristaux piézoélectriques spéciaux ou de céramiques piézoélectriques (polycristallines) – des cristaux de quartz ou des matériaux ferroélectriques comme le titanate de zirconate de plomb (PZT) conviennent par exemple à cet effet. Une tension électrique alternative est appliquée à ce matériau. L’effet piézoélectrique provoque une (légère) vibration qui est transmise à la membrane ¬- il en résulte des ondes sonores. Celles-ci sont généralement émises par un pavillon et donc amplifiées.

Représentation schématique de l’effet piézo-électrique (source Wikipédia)

Les haut-parleurs piézo sont très fins (moins de 1 mm) et pèsent moins d’un gramme. De plus, ils ont un diamètre d’à peine 2 cm. Bien entendu, cette petite taille ne permet pas de produire des sons graves (en dessous d’environ 400 Hz). C’est pourquoi les transducteurs piézo-électriques sont principalement utilisés pour les tweeters.

Qu’est-ce que l’effet piézoélectrique ?

Le principe physique derrière un haut-parleur piézo est décrit par l’effet piézoélectrique (en abrégé : effet piézo) : Lorsqu’un matériau approprié est déformé élastiquement, une tension électrique apparaît à sa surface – et inversement. Ce phénomène peut être utilisé à des fins électroacoustiques, tant pour les haut-parleurs (la tension est transformée en son) que pour les microphones (le son est transformé en tension). La déformation et la charge électrique sont proportionnelles l’une à l’autre, ce qui signifie qu’une tension plus élevée génère également une fréquence sonore plus élevée (c’est-à-dire une hauteur de son). Les fréquences qu’il est possible de produire de cette manière s’étendent jusqu’à la gamme des ultrasons, au-dessus de 20 kHz.

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Quelques domaines d’application pour les cristaux piézoélectriques

L’effet piézoélectrique est utilisé dans de nombreux domaines différents, surtout là où des vibrations doivent être générées ou transformées en signaux électriques. Les montres à quartz en sont un exemple d’application électromécanique – elles sont rythmées par des quartz vibrants piézoélectriques. En électroacoustique, ce principe est utilisé par exemple pour les capteurs de son : Les vibrations des instruments à cordes sont ainsi transformées en signaux audio. Les capteurs de son des disques vinyles peuvent également fonctionner de cette manière – on les appelle alors capteurs à cristaux ou piézo-électriques. Les microphones à cristaux piézoélectriques n’ont plus qu’un intérêt historique. Ils présentaient de fortes distorsions (cliquetis) – une raison pour laquelle les microphones à condensateur et dynamiques se sont imposés.

Les haut-parleurs piézoélectriques sont généralement utilisés pour produire des sons très aigus, notamment pour les utilisations ultrasoniques telles que les aides au stationnement, les sonars ou l’échocardiographie. Ils sont également utilisés dans les fréquences inférieures à 20 kHz, audibles par l’homme, notamment pour les appareils mobiles tels que les smartphones, les ordinateurs portables ou les tablettes. Ils conviennent toutefois moins bien comme tweeters pour les haut-parleurs hi-fi.

Questions & réponses sur les caractéristiques des tweeters piézo-électriques

Quel est l’avantage de la construction piézoélectrique pour les haut-parleurs ?

Les transducteurs piézo-électriques sont très compacts et peu coûteux à fabriquer. Ils peuvent également fonctionner sans filtre de fréquence, ce qui permet de réaliser des économies supplémentaires. De plus, ils ont une faible consommation d’énergie et fonctionnent même sans grand volume de résonance.

Pourquoi les haut-parleurs piézo sont-ils moins performants dans le domaine de la hi-fi ?

La construction d’un haut-parleur piézo implique qu’il y a de la distorsion dans les tweeters, surtout à des niveaux de pression sonore élevés. Les haut-parleurs piézo ont souvent un son métallique et strident. Leur réponse en fréquence est plutôt irrégulière et leur taux de distorsion relativement élevé, ce qui fait qu’ils ne sont pas optimaux pour les applications hi-fi.

Pourquoi Teufel n’utilise-t-il pas de cristaux piézoélectriques dans ses haut-parleurs et ses casques ?

Dans le domaine de la hifi, les avantages des haut-parleurs piézo ne compensent pas leurs inconvénients sonores. Pour garantir une qualité audio élevée sur toute la gamme de fréquences, Teufel utilise d’autres types de transducteurs pour ses haut-parleurs et ses casques hi-fi.

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POWER HIFI : pour le son live ultime dans le salon ou ailleurs, Teufel vous propose ce système modulaire composé de deux caissons de basses haute performance, d’un énorme haut-parleur de médiums et d’un pavillon d’aigus extrêmement résistant. Le son est tout simplement fantastique, quel que soit le volume !

DEFINION 3 : Ces enceintes stéréo haut de gamme dotées de la technologie à trois voies produisent un son propre et précis dans toutes les gammes de fréquences. La grande particularité, en plus du châssis élégant : les tweeters et les médiums sont intégrés les uns dans les autres selon une construction coaxiale. Teufel a même fait breveter le châssis coaxial SCA.

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Conclusion : les haut-parleurs piézo-électriques sont peu coûteux, mais plutôt inadaptés au domaine de la hi-fi

  • Un haut-parleur piézo est un type de construction peu encombrant et peu coûteux pour les hautes fréquences.
  • Le principe repose sur l’effet piézoélectrique (effet piézo) qui se produit lorsqu’une tension électrique est appliquée à un matériau approprié (p. ex. quartz ou PZT).
  • Les transducteurs piézoélectriques sont surtout utilisés dans les appareils mobiles tels que les smartphones ou dans les applications à ultrasons.
  • Comme les propriétés sonores des haut-parleurs piézo ne sont pas optimales, ils ne sont que très rarement utilisés dans le domaine de la hi-fi.
Image de couverture :  Stefan Riepl (Quark48) / Wikipedia Graphique : Sonitron Support / Wikipedia

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Auteur

Rédaction Teufel

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