Dynamique, planaire, armature équilibrée, électrostatique : les transducteurs expliqués

Le principe commun : un courant, un champ magnétique, un mouvement

Presque tous les transducteurs reposent sur la même loi physique : un conducteur parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique subit une force. Le signal musical est un courant qui varie ; la force varie avec lui, met une membrane en mouvement, et la membrane pousse l'air. Les technologies diffèrent par la forme du conducteur, celle de la membrane et la manière dont la force s'y applique.

Le transducteur dynamique

C'est un haut-parleur en miniature. Une bobine de fil de cuivre, collée au centre d'une membrane conique ou en dôme, baigne dans le champ d'un aimant annulaire. Le courant fait avancer et reculer la bobine, qui entraîne la membrane.

Ses atouts. Simple, robuste, peu coûteux, efficace : il produit beaucoup de niveau avec peu d'énergie, ce qui convient aux appareils sur batterie. Sa membrane a un grand débattement, d'où des graves puissants. Du casque à 20 euros aux références de studio à 500 euros, il équipe l'immense majorité du marché.

Ses limites. La force s'applique au centre de la membrane ; à haute fréquence, les bords ne suivent plus parfaitement, et la membrane se déforme. Les fabricants y répondent avec des matériaux rigides et légers (béryllium, biocellulose, revêtements de carbone), dont l'effet réel dépend surtout de la qualité de la conception.

Tailles courantes : 6 à 12 mm dans les écouteurs, 30 à 50 mm dans les casques.

Le transducteur planaire magnétique

Ici, la membrane est un film plat extrêmement fin, sur lequel le conducteur est imprimé en serpentin. Elle est tendue entre deux rangées d'aimants. La force s'exerce sur toute la surface à la fois, et non plus en un point.

Ses atouts. La membrane se déplace d'un bloc, comme un piston : la distorsion est très faible, les graves descendent très bas sans s'atténuer, même sur un casque ouvert, et les transitoires (l'attaque d'une note) sont nets. L'impédance reste constante sur toutes les fréquences, ce qui facilite le travail de l'amplificateur.

Ses limites. Les rangées d'aimants pèsent lourd : beaucoup de casques planaires dépassent 400 grammes. Leur rendement est souvent modeste, ce qui appelle un amplificateur capable de fournir du courant. Enfin, ils sont presque tous ouverts et coûtent rarement moins de 150 euros.

L'armature équilibrée

Inventée pour les prothèses auditives, elle tient dans un boîtier métallique de quelques millimètres. Une minuscule lame de métal, l'armature, est entourée d'une bobine et placée en équilibre entre deux aimants. Le courant la fait pivoter ; une tige transmet ce mouvement à une membrane rigide.

Ses atouts. Très sensible, très précise dans les médiums et les aigus, et si petite que l'on peut en loger plusieurs dans un seul écouteur. Elle isole bien, car son boîtier est clos.

Ses limites. Une armature seule couvre mal tout le spectre et manque d'ampleur dans les graves. Les intra-auriculaires haut de gamme en combinent donc plusieurs, chacune affectée à une bande de fréquences par un filtre. Leur impédance varie fortement avec la fréquence, ce qui les rend sensibles à la qualité de la sortie casque.

Les modèles hybrides associent un transducteur dynamique pour les graves et des armatures pour le reste : une solution devenue courante dès 50 euros.

Le transducteur électrostatique

Le principe change : plus d'aimant ni de bobine. Une membrane ultrafine, plus légère que l'air qu'elle déplace, porte une charge électrique permanente. Elle est suspendue entre deux grilles métalliques auxquelles on applique le signal musical sous plusieurs centaines de volts. Attirée par l'une et repoussée par l'autre, elle se déplace de façon parfaitement uniforme.

Ses atouts. La distorsion la plus basse et la plus grande finesse de détail connues à ce jour.

Ses limites. Il lui faut un amplificateur spécifique à haute tension, incompatible avec les autres casques. L'ensemble se chiffre en milliers d'euros, craint la poussière et l'humidité, et ne quitte pas le salon. C'est une technologie de passionnés.

La conduction osseuse

Le son n'atteint pas seulement l'oreille interne par le tympan : les os du crâne lui transmettent aussi les vibrations. C'est ainsi que vous entendez votre propre voix plus grave qu'elle ne l'est sur un enregistrement. Un casque à conduction osseuse pose de petits vibreurs sur les pommettes, juste devant l'oreille, et laisse le conduit auditif entièrement libre.

Ses atouts. On entend son environnement sans aucune atténuation : c'est le choix de la sécurité pour courir le long d'une route ou marcher en ville. Il convient aussi à certaines surdités de transmission, où le tympan ou les osselets fonctionnent mal.

Ses limites. Les graves sont faibles, le son fuit à fort volume, et les vibrations chatouillent certains utilisateurs. Voir le guide d'achat casques à conduction osseuse.

Comparatif

Ce qu'il faut en conclure

La technologie fixe un potentiel et des contraintes, pas un résultat. Un transducteur dynamique bien conçu et bien réglé surpasse un planaire médiocre, et les mesures le confirment régulièrement. Ce que vous entendez dépend d'abord de la réponse en fréquence visée par le fabricant, de l'acoustique de la coque et de l'ajustement sur votre tête.

La bonne démarche consiste donc à partir de l'usage, pas de la technologie : si vous écoutez au calme, cherchez la meilleure restitution et acceptez le poids, un planaire ouvert mérite l'essai ; pour tout le reste, un bon dynamique fera mieux, plus simplement et pour moins cher.

Sources et références

1. IEC 60268-7 — Sound system equipment: headphones and earphones
2. Borwick (ed.) — Loudspeaker and Headphone Handbook, 3rd edition, Focal Press, 2001