Tout savoir sur les transducteurs des casques et écouteurs

Tout savoir sur les transducteurs des casques et écouteurs

Le transducteur est le nom scientifique donné aux haut-parleurs des casques et des écouteurs. Comme pour les haut-parleurs des enceintes, les transducteurs exploitent de nombreuses technologies et des matériaux propres à chaque marque. Des caractéristiques de ces transducteurs découlent en partie la musicalité et les performances d’un casque. Comprendre les différentes technologies des transducteurs s’avère donc un atout essentiel pour bien choisir votre casque ou vos écouteurs.

Qu’est-ce qu’un transducteur ? 

Les transducteurs constituent les pièces maîtresses de tout casque hi-fi, casque Bluetooth, écouteurs intra-auriculaires ou écouteurs True Wireless. Comme pour un haut-parleur classique, leur rôle est de convertir le signal sonore électrique envoyé par l’ampli casque, le smartphone ou le baladeur en une onde sonore perceptible par l’oreille humaine. Pour ce faire, un transducteur se compose d’une membrane qui vibre au gré du courant électrique délivré par la source. Le fonctionnement est ainsi très proche d’un haut-parleur d’enceintes. Cependant, les transducteurs se différencient par des technologies qui leur sont propres. De nombreux paramètres de conception, dont la taille, les matériaux ou encore l’équipage magnétique, influencent le fonctionnement et les performances d’un transducteur. 

Un transducteur (ici celui du casque Focal Utopia) se compose d’une membrane associée à une bobine et à un équipage magnétique pour convertir les impulsions électriques de l’ampli en ondes sonores.

Les transducteurs dynamiques 

Les transducteurs dynamiques, également appelés transducteurs électrodynamiques, sont les plus couramment employés dans les casques et écouteurs. Ces haut-parleurs présentent l’avantage d’être relativement simples et faciles à fabriquer, tout en offrant une grande musicalité. C’est pour cette raison que l’on retrouve également ces haut-parleurs sur la majorité des enceintes hi-fi et home-cinéma. Le principe se montre ainsi similaire, à savoir une membrane suspendue et collée à une bobine, le plus souvent en cuivre. Cette dernière est entourée d’un équipage magnétique pour contrôler son déplacement. Lorsque la bobine mobile reçoit le courant alternatif de l’amplificateur, elle se met en mouvement en étant alternativement attirée et repoussée par le système magnétique. Cette bobine entraîne avec elle la membrane générant ainsi les ondes sonores.

Un transducteur dynamique (ici celui du casque Audio-Technica ATH-ADX5000) adopte une bobine mobile associée à un équipage magnétique pour mouvoir la membrane.

Les transducteurs dynamiques offrent de très belles performances sur un large spectre sonore, notamment dans le grave. Les basses sont le plus souvent généreuses et profondes. La réponse peut cependant manquer de dynamisme et de finesse dans les aigus. 

Les transducteurs à armature équilibrée 

Les transducteurs à armature équilibrée se trouvent exclusivement sur les écouteurs intra-auriculaires et True Wireless. Ces derniers reprennent le principe de fonctionnement des haut-parleurs dynamiques, avec une bobine associée à un équipage magnétique et une membrane. Celle-ci n’est cependant plus collée à la bobine, mais à une tige métallique entourée d'aimants. Le courant alternatif de l’amplificateur est envoyé à l’armature qui se met en mouvement, tout en restant en équilibre grâce aux différents aimants qui l'entourent. Cette conception présente l’avantage de pouvoir mettre en œuvre des membranes plus légères et plus faciles à animer. Le rendement est ainsi meilleur, permettant d’utiliser une amplification de puissance plus modeste. Par ailleurs, les transducteurs à armature équilibrée sont plus efficaces pour la reproduction des hautes fréquences. C’est notamment pour cette raison que l’on retrouve le plus souvent les transducteurs à armature équilibrée dans des écouteurs hybrides pour la reproduction des aigus, en association à des transducteurs dynamiques pour le grave. 

Les écouteurs FiiO FH7 adoptent une conception 3 voies avec 5 transducteurs dont un modèle dynamique de 13,6 mm de diamètre pour assurer des basses puissantes et réalistes.

Les transducteurs planar magnetic 

La technologie planar magnétique apparaît sur certains casques et écouteurs haut de gamme. Elle vise à dépasser les restrictions induites par les transducteurs dynamiques traditionnels. Les transducteurs planaires mettent en œuvre deux éléments : une membrane d’une extrême finesse parcourue de conducteurs électriques, ainsi que deux puissants aimants (le plus souvent en néodyme) qui l’encadrent et génèrent un champ magnétique permanent, parallèlement au plan formé par la membrane. La membrane, beaucoup plus légère que celle d’un transducteur dynamique, est suspendue dans le champ magnétique. Lorsque le circuit de la membrane est électrifié par le signal audio, le champ magnétique qui en résulte interagit avec le champ magnétique permanent, avec pour effet de mettre en mouvement le diaphragme et ainsi d’assurer la diffusion sonore. Cette conception présente de multiples avantages par rapport aux transducteurs dynamiques : meilleure réactivité, réponse en fréquence plus étendue, distorsion bien plus faible, etc. 

Les transducteurs planar magnétique (ici ceux du casque Audeze LCD-X) se composent d’une membrane ultra fine parcourue de conducteurs électriques et de deux puissants aimants qui l’encadrent et génèrent un champ magnétique permanent. L’écoute gagne en réactivité et en précision.

On trouve la technologie planar magnetic dans certains casques HiFiMAN comme les HiFiMAN Sundara, HiFiMAN Susvara, HiFiMAN Ananda, HiFiMAN HE-1000 V2. Le fabricant américain Audeze exploite également au mieux ces transducteurs en optant pour des membranes encore plus fines, couplées à des aimants au Fluxor en plus des classiques néodymes. La force magnétique est ainsi décuplée pour une plus grande réactivité et des basses plus profondes. 

Grâce à ses transducteurs planaires, le casque HiFiMAN Ananda offre une reproduction précise et linéaire du signal audio de 8 Hz à 55 kHz.

Les transducteurs isodynamiques 

Un transducteur isodynamique est le nom donné aux transducteurs planar magnétique employés dans les casques du fabricant roumain Meze, notamment les haut de gamme Meze Empyrean et Meze Empyrean Elite, ainsi que le casque fermé Meze Liric. Ces haut-parleurs reprennent le principe de fonctionnement des modèles planaires classiques, à la différence que la membrane (encore plus fine) adopte une double bobine : une bobine spiralée et une bobine “va-et-vient”. Cette disposition permet de cibler plus efficacement le son autour de la forme naturelle de l’oreille. La bobine à va-et-vient, plus efficace pour reproduire les basses fréquences, prend ainsi place dans la partie supérieure du transducteur. À l’inverse, la bobine en spirale se montre plus précise pour les médiums et les aigus et s’installe ainsi sur le bas de la membrane, directement face au conduit auditif pour une diffusion plus directe des ondes sonores. Cette disposition supprime les réflexions et les retards, pour une restitution plus précise sur l’ensemble du spectre audio. 

Propres aux casques Meze, les transducteurs isodynamiques optimisent la technologie planar magnetic avec la mise en œuvre d’une membrane à double bobine pour diffuser plus précisément les différentes ondes sonores vers le canal auditif.

Les transducteurs électrostatiques

Les casques électrostatiques fonctionnent différemment des modèles dynamiques. En lieu et place du traditionnel haut-parleur à bobine, on trouve une feuille de mylar ou en polymère enserrée par deux électrodes de métal, auxquelles sont appliquées des tensions extrêmement élevées. Les électrodes tirent et poussent la feuille faisant office de membrane sous l'action du courant électrique qu'elles reçoivent. Les vibrations génèrent alors un son d'une pureté exceptionnelle, du grave à l'aigu. La scène sonore est exemplaire et l'écoute du moindre morceau de musique est un enchantement. 

Dans un transducteur électrostatique, la membrane est enserrée par deux électrodes de métal, auxquelles sont appliquées des tensions extrêmement élevées pour fournir un son d'une pureté exceptionnelle, du grave à l'aigu.

La technologie électrostatique fait son apparition dans les années 50 sous l’impulsion du fabricant Stax qui est aujourd'hui encore le spécialiste des casques électrostatiques. Tous les casques du fabricant japonais Stax adoptent des transducteurs électrostatiques et sont réputés pour leur très grande musicalité. On retrouve également cette technologie sur certains casques haut de gamme HiFiMan.

Véritablement bluffant, le casque Stax SR-X9000 offre un nouvel univers sonore et une scène sonore très large grâce à l’emploi de transducteurs électrostatiques de nouvelle génération.

Cette technologie a néanmoins une contrainte d'importance : elle nécessite l'emploi d'un amplificateur dédié. En effet, aucun ampli casque traditionnel ne peut fournir les tensions nécessaires au fonctionnement d'un casque électrostatique dont l'impédance atteint souvent plus de 1000 ohms. La connectique à 6 broches des casques Stax et HiFiMan est d'ailleurs exclusive aux modèles électrostatiques. C'est ainsi tout naturellement que Stax et HiFiMan conçoivent également leurs propres amplis à tubes, hybrides ou à transistors pour garantir d'exploiter au mieux les nombreux avantages des transducteurs électrostatiques.

Avec son étage de puissance à tubes et sa pré-amplification à transistors, l’ampli Stax SRM-500T est conçu pour tirer le meilleur de la technologie électrostatique des casques Stax et HiFiMan.

L’importance de l’équipage magnétique 

Le déplacement de la membrane d’un haut-parleur est lié à sa bobine et à la puissance du champ magnétique généré par les aimants. Ce champ doit se montrer suffisamment puissant pour gérer d’importants écarts dynamiques et permettre de ramener instantanément la membrane à sa position initiale à chaque fin de note. Plus le volume augmente et plus les basses sont puissantes, plus le système magnétique doit présenter une forte puissance pour conserver le contrôle des excursions de la membrane et la stopper lorsque la musique l’exige. Pour cette raison, de nombreux fabricants emploient des aimants au néodyme ou des aimants à technologie Tesla plutôt qu’en ferrite classique. S’intéresser à la puissance du flux magnétique d’un transducteur peut donc donner une indication sur la maîtrise de la restitution, la réponse dans le grave et le caractère dynamique de l’écoute. 

Grâce à un équipage magnétique offrant un très fort champ magnétique de 1,5 tesla, le casque Fostex TH-909 offre une maîtrise parfaite de la membrane, pour une restitution naturelle, dynamique et des basses profondes.

Quelle taille de transducteur choisir ? 

Comme pour des haut-parleurs d’enceintes hi-fi, la taille d’un transducteur influence le spectre sonore pouvant être reproduit, particulièrement dans le grave. Ainsi, plus le transducteur est grand, plus on peut espérer une reproduction généreuse et puissante des basses (transducteur supérieur ou égal à 40 mm). Dans les écouteurs, le diamètre des transducteurs excède difficilement les 10 mm. Cependant, en raison de la proximité immédiate du tympan et de l’isolation passive, on peut profiter d’une parfaite reproduction des basses en jouant moins fort et avec une surface émissive plus petite. Pour une reproduction plus efficace, certains écouteurs adoptent plusieurs transducteurs, dont le plus souvent des modèles dynamiques entièrement dédiés à la reproduction des basses. 

Pour compenser le faible diamètre des membranes, les écouteurs FiiO FH9 adoptent un ensemble de 6 transducteurs afin d’assurer une musicalité équilibrée, précise et naturelle sur l’ensemble du spectre sonore.

Sur les casques, la taille moyenne des transducteurs oscille entre 40 et 50 mm. La reproduction des basses est donc moins problématique, mais implique un plus grand savoir-faire de la part du fabricant. L’écart plus important avec le système auditif implique en effet de mouvoir plus fortement la membrane pour reproduire les basses, au risque d’engendrer de la distorsion. Par conséquent, le fabricant doit assurer un contrôle total des déplacements de son haut-parleur pour éviter tout défaut audible. 

Avec une très grande surface émissive de 4650 mm2, les transducteurs isodynamiques du casque Meze Empyrean Elite assurent un son enveloppant, des basses généreuses et une écoute hautement détaillée.

Quels sont les meilleurs transducteurs ? 

Les transducteurs adoptent de nombreuses technologies qui influencent la restitution et la signature sonore des casques et écouteurs. Sans tenir compte des autres éléments de conception et des technologies propres à chaque marque, on peut considérer de manière globale que les transducteurs dynamiques sont excellents sur tout le spectre, mais peuvent manquer un peu de finesse et de détails dans les aigus. Les transducteurs à armature équilibrée sont parfaits dans les écouteurs pour fournir des aigus très détaillés, à condition de les associer à des transducteurs dynamiques pour équilibrer la réponse dans le grave. Les transducteurs planar magnetic réalisent un sérieux bond en avant pour une écoute plus dynamique, une réponse en fréquence étendue et une distorsion réduite. La technologie isodynamique propre à Meze perfectionne encore ce principe, notamment sur la finesse des détails et l’ouverture de la scène sonore. Enfin, les transducteurs électroacoustiques semblent incarner le nirvana pour de nombreux audiophiles et mélomanes exigeants.