14 – Transducteurs et amplificateurs de sortie

ACA14 – Transducteurs et amplis de sortie
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14 – Transducteurs et amplificateurs de sortie
Sommaire
1. Définition .............................................................................................................................2
2. Transducteurs électroacoustiques ......................................................................................2
2.1. Microphones .................................................................................................................3
2.1.1. Historique ............................................................................................................................3
2.1.2. Caractéristiques des microphones......................................................................................3
2.1.3. Description ..........................................................................................................................5
2.1.4. Le microphone à charbon (figures 3 et 4)...........................................................................5
2.1.5. Le microphone électromagnétique (figure 6)......................................................................6
2.1.6. Le microphone piézo-électrique ou céramique...................................................................6
2.1.7. Le microphone à électret.....................................................................................................8
2.1.8. Le microphone numérique (figures 16 & 17).....................................................................11
2.1.9. Le microphone directionnel...............................................................................................11
2.1.10. Les microphones spéciaux................................................................................................11
2.2. Ecouteurs....................................................................................................................13
2.2.1. Description des écouteurs d’aides auditives (figure 20) ...................................................13
2.2.2. Principe de fonctionnement...............................................................................................13
2.2.3. Le haut-parleur électrodynamique ....................................................................................14
2.2.4. Principales caractéristiques des écouteurs (figures 23 à 26) ...........................................14
2.2.5. Aspects acoustiques .........................................................................................................16
2.3. Principaux types d’écouteurs électromagnétiques......................................................16
2.3.1. Ecouteur classe A .............................................................................................................16
2.3.2. Ecouteur classe B (ou push-pull)......................................................................................17
2.3.3. Ecouteur classe AB...........................................................................................................19
2.3.4. Ecouteur classe C.............................................................................................................19
2.3.5. Ecouteur classe D.............................................................................................................19
3. Autres transducteurs.........................................................................................................21
3.1. Capteur téléphonique..................................................................................................21
3.2. Entrée audio et récepteur FM.....................................................................................21
3.3. Récepteur FM.............................................................................................................22
3.4. Vibrateurs....................................................................................................................22
3.4.1. Vibrateur à pression..........................................................................................................22
3.4.2. BAHA (Bone Anchored Hearing Aid) ................................................................................22

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1. Définition
Transducteur: Dispositif qui transforme une grandeur physique en une autre grandeur physi-
que, fonction de la précédente (figure 1).
(Petit Larousse 2002)
c
Les transducteurs électroacoustiques (microphones et écouteurs), qui transforment des gran-
deurs acoustiques en grandeurs électriques – et inversement, sont les plus importants dans les
aides auditives. Mais on peut aussi citer les systèmes suivants (voir chapitre 4) :
– Les capteurs téléphoniques, qui transforment un signal magnétique en signal électri-
que
– Les vibrateurs qui transforment un signal électrique en signal mécanique
– Les récepteurs FM qui transforment un signal électromagnétique (onde radio) en si-
gnal électrique
2. Transducteurs électroacoustiques
Les transducteurs électroacoustiques sont des composants essentiels des aides auditives. El-
les comportent toutes au moins un microphone (et souvent deux) dont le rôle est de transformer
le signal acoustique d’émission en un signal électrique qui peut alors être traité par
l’amplificateur ou par le microprocesseur de l’appareil puis transmis à l’écouteur. Ce dernier a
pour rôle de transformer à nouveau le signal électrique en un signal acoustique audible par
l’utilisateur malentendant.
Les transducteurs électroacoustiques se distinguent par leur technologie, leur taille, leur qualité
et leur prix.
Comme dans tout système électroacoustique, le choix judicieux des transducteurs est un fac-
teur clé de la qualité de reproduction finale du système.
TRANSDUCTEUR
D’ENTREE
TRANSDUCTEUR
DE SORTIE
CONTROLES
ALIMENTA-
TION
Figure 1 – structure d’un ACA

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2.1. Microphones
Le microphone est un transducteur électro-acoustique. C’est le plus important des «cap-
teurs d’entrée» des aides auditives. Son rôle est de transformer les variations de pression
acoustiques en variations de tension électrique homologues.
2.1.1. Historique
Les tous premiers microphones utilisés avec les appareils électriques, au début du siècle,
étaient les microphones au charbon. Ils ont vite été remplacés par des systèmes plus évolués.
Les recherches relatives à la communication orale, entreprises après le 2e guerre mondiale, ont
montré qu’une bande passante de 300 à 3000 Hz était suffisante pour assurer, chez le normo-
entendant, une bonne intelligibilité dans des conditions de transmission idéale. Cette bande
était aussi celle qui donnait les meilleurs résultats au plan de l’intelligibilité quand les conditions
de transmission se dégradaient, probablement car elle permettait d’éliminer une partie des per-
turbations dans des zones non essentielles pour la communication et d’améliorer ainsi le rap-
port du signal au bruit.
Ces recherches ont eu un impact important sur les caractéristiques des téléphones dont la
bande passante, de 300 à 3000 Hz à l’origine reste aujourd’hui encore limitée entre 400 et 5000
Hz environ.
Des études ultérieures se sont intéressées aux besoins des malentendants pour atteindre les
meilleurs scores d’intelligibilité. Elles ont montré, à l’époque que des courbes de réponse hori-
zontales ou croissantes de 6 dB par octave entre 300 et 4000 Hz donnaient les meilleurs résul-
tats. Ceci correspondait aux possibilités des microphones magnétiques disponibles à l’époque
et s’adaptait plus ou moins aux pertes de transmission qui représentaient une bonne partie des
pertes auditives appareillables. Ces études ont aussi été à l’origine de certains embryons de
normes relatives aux aides auditives, des gabarits dans lesquels les courbes de réponse de-
vaient s’inscrire.
Au milieu des années 60, les utilisateurs – également appareillés pour des pertes auditives
moins importantes et plus difficiles – ont commencé à exiger une meilleure qualité acoustique.
La qualité musicale, le naturel des sons et la reconnaissance de voix étaient essentiels pour
ces utilisateurs plus exigeants.
Pour répondre à ces exigences, un microphone à réponse large et plate a été proposé: le mi-
crophone céramique ou piézo-électrique.
Les microphones céramiques étaient d’excellente qualité (voir plus loin) mais avaient le défaut
d’être très sensibles aux vibrations dans les graves. Des recherches ont alors été entreprises,
qui ont conduit à la mise au point du microphone à électret dans les années 70.
C’est toujours ce principe qui est utilisé actuellement mais en continuant à évoluer. La dernière
innovation en date est le microphone numérique dont un des objectifs essentiels est de garantir
une très haute protection aux perturbations électromagnétiques.
2.1.2. Caractéristiques des microphones
Les microphones sont caractérisés par:

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– Leur courbe de réponse en fréquence, qui représente la sensibilité du microphone
(voir plus loin) en fonction de la fréquence pour un niveau de pression acoustique
d’entrée et une direction données.
– Leur diagramme de directivité, ou polarigramme, qui représente la sensibilité du mi-
crophone en fonction de l’angle d’incidence du signal d’excitation de fréquence et de
niveau fixes.
– Pour les microphones directionnels, l’indice de directivité et l’indice de directivité pon-
déré de l’indice d’articulation (voir le document relatif aux systèmes directionnels).
– L’impédance de sortie, qui est souvent celle du préamplificateur intégré dans le boîtier
de l’appareil (microphones céramiques et électret).
– La sensibilité ou efficacité d’un microphone traduit sa capacité de transduction. Un mi-
crophone est d’autant plus sensible que, pour une même pression acoustique, il four-
nit une tension électrique plus élevée. La sensibilité est indiquée à une fréquence et à
un angle d’incidence donnés.
La sensibilité absolue, pour une fréquence donnée et un angle d’incidence donné est
le rapport de la tension V mesurée à la sortie du microphone à la pression acoustique
P s’exerçant sur la membrane.
S = V / P
Elle est exprimée en volts par pascals dans le système d’unités international. Pour des
raisons pratiques on utilise plutôt le millivolt par micropascal, ou encore dans notre
domaine – pour des raisons historiques – le volt par barye (1 barye = 0,1 Pa).
Dans nos applications, la sensibilité s’exprime en dB, en prenant traditionnellement
1V/0,1 Pa comme référence.
Interprétation pratique de la notion de sensibilité
La référence de sensibilité des microphones est fixée à 1V/0,1 Pa dans les
applications audioprothétiques. Donc, par définition et par convention, un mi-
crophone de sensibilité 0 dB re 1V/0,1 Pa a une sensibilité de 1V/0,1 Pa et
délivre donc une tension de sortie de 1V lorsqu'il est soumis à une pression
acoustique de 0,1 Pa.
Or, nous savons d'autre part qu'une pression acoustique de 0,1 Pa peut s'ex-
primer par un niveau de pression acoustique de 74 dB SPL - en effet:
– La référence des niveaux de pression acoustique SPL est de 2.10-5 Pa
– 0,1 Pa correspond à 20.log (0,1 Pa / 2.10-5 Pa )
= 20 log 5000
= 74 dB SPL
On peut donc dire que la tension à la sortie d'un microphone de sensibilité 0
dB re 1V/0,1 Pa est de 1V quand il est soumis à une niveau de pression
acoustique de 74 dB SPL et par conséquent;
– de 0,1 V pour 54 dB ( 20 dB de moins soit 10 fois moins)
– de 10 mV pour 34 dB ( 40 dB de moins soit 20 fois moins)
– de 1 mV pour 14 dB ( 60 dB de moins soit 30 fois moins)
– etc ..
Mais on peut dire aussi que si un microphone a par exemple un sensibilité de
- 40 dB re 1V/0,1 Pa cela veut dire qu'il est 40 dB (ou 100 fois) moins sensible
qu’un microphone qui aurait la sensibilité de référence et donc:

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– Il délivrera une tension de 1V s'il est soumis à une pression acoustique de
74 dB SPL + 40 dB = 114 dB SPL, ou
– Il ne délivrera qu'une tension de 10 mV (100 fois moins correspondant à -
40 dB) s'il est soumis à une pression acoustique de 74 dB SPL.
2.1.3. Description
Le microphone est composé d’un capteur de pression et d’un transducteur, ou transforma-
teur d’énergie (figure 2):
Le capteur de pression est une membrane
mobile de très faible masse, suspendue de
façon très souple. Elle est chargée de cap-
ter la pression acoustique et se déplace
sous l’influence des variations de celle-ci.
Le transformateur d’énergie ou transducteur
transforme les mouvements de la mem-
brane en variations de tension électrique.
C’est le principe physique utilisé pour assu-
rer la transformation qui définit le type de
microphone. Les appareils de correction
auditive ont utilisé successivement différen-
tes technologies, évoquées plus haut et
dont nous donnons une brève description
ci-après:
2.1.4. Le microphone à charbon (figures 3 et 4)
Ce microphone est l’ancêtre des microphones. Nous l’avons évoqué lors de l’historique des
aides auditives. Son fonctionnement est une application de la loi d’ohm (figure 5).
Des granules de charbon sont insérées entre le boîtier du microphone et la membrane. Lorsque
celle-ci vibre sous l’effet de la pression acoustique, elle exerce une pression plus ou moins
grande sur les particules de charbon et modifie ainsi la résistance de contact au rythme de la
modulation. Le microphone est alimenté par une pile de tension fixe et par conséquent le cou-
rant qui traverse le circuit varie aussi au rythme de la modulation.
BoîtierBoîtierBoîtier
Transducteur
Tige de
transmision
Transducteur
Tige de
transmision
Suspension
souple
Membrane
Suspension
souple
Membrane
Suspension
souple
Membrane
Adaptateur
d’impédance
Sorties
électriques
Adaptateur
d’impédance
Sorties
électriques
Figure 2 - Schéma de principe d'un
microphone
Figure 3 - microphone à granule de charbon
Figure 4 - Réalisation d'un micro charbon