Théorie électrique audio auto – Champs magnétiques

Poursuivant notre discussion sur la théorie électrique audio auto, nous arrivons à une discussion sur la façon dont le flux d'électricité à travers un conducteur crée des champs magnétiques autour du conducteur. Comprendre la relation entre le flux de courant et le magnétisme est crucial pour comprendre comment un haut-parleur fonctionne.

Histoire de l'électromagnétisme

La première corrélation documentée entre électricité et magnétisme vient de Gian Domenico Romagnosi, un juriste italien du 19e siècle qui a remarqué qu'une aiguille aimantée bougeait en présence d'une pile voltaïque (prédécesseur de la batterie). Hans Christian Ørsted a observé un phénomène similaire en avril 1820. Il préparait du matériel pour une conférence du soir et a remarqué qu'une aiguille de boussole changeait de direction quand il connectait une batterie à un circuit. Ni Romagnosi ni Ørsted n'ont pu expliquer le phénomène, mais ils savaient qu'il y avait une relation définie.

En 1873, James Clark Maxwell a publié Un traité sur l'électricité et le magnétisme, expliquant la présence de quatre effets :

1. Les charges électriques s'attirent ou se repoussent avec une force inversement proportionnelle au carré de la distance : charges contraires s'attirent, charges semblables se repoussent.
2. Les pôles magnétiques (ou états de polarisation) s'attirent ou se repoussent de manière similaire aux charges positives/négatives et existent toujours par paires : chaque pôle nord est lié à un pôle sud.
3. Un courant électrique dans un fil crée un champ magnétique circonférentiel correspondant à l'extérieur du fil. Sa direction (horaire/antihoraire) dépend de la direction du courant.
4. Un courant est induit dans une boucle de fil quand elle est déplacée vers ou loin d'un champ magnétique, ou qu'un aimant est déplacé vers/loin d'elle ; la direction du courant dépend du mouvement.

Qu'est-ce qui cause un champ magnétique quand l'électricité circule ?

L'électricité est le mouvement d'électrons dans et hors d'un conducteur. Un électron entre à une extrémité, en heurte un autre, et ainsi de suite jusqu'à ce qu'un autre électron sorte de l'autre extrémité et entre dans la charge.

Parce qu'il y a effectivement plus d'électrons dans le conducteur quand le courant circule, l'équilibre entre électrons chargés négativement et ions chargés positivement est bouleversé, causant un déséquilibre dans le champ magnétique autour du conducteur.

Nous pourrions consacrer des milliers de mots à expliquer comment les atomes fonctionnent. Mais en bref, le noyau d'un atome a un noyau de protons chargés positivement avec un tas d'électrons chargés négativement en orbite. Quand il n'y a pas de flux de courant, un atome n'a pas de champ magnétique car la quantité et le trajet des électrons autour des protons sont équilibrés. Quand on éjecte un électron d'un atome vers un autre, les atomes deviennent déséquilibrés et produisent ainsi un champ magnétique net.

Une explication à plus grande échelle

Quand l'électricité circule du terminal positif d'une batterie au négatif, un champ magnétique est créé autour du conducteur. Si vous regardez l'image ci-dessous, vous verrez la direction du champ magnétique relative au flux de puissance.

À l'école, on appelle souvent cela la règle de la main droite. Si vous enroulez votre main droite autour d'un conducteur avec le pouce étendu vers le haut dans la direction du courant (positif sous votre main, négatif au-dessus), vos doigts pointent dans la direction du champ magnétique.

Gardez à l'esprit que pour les signaux audio, la polarité du courant change de positif à négatif de la même façon que les vibrations produites par quelqu'un qui parle ou joue d'un instrument pressurisent et raréfient l'air pour produire du son.

Comment le magnétisme fait fonctionner un haut-parleur

Les haut-parleurs à bobine mobile conventionnels utilisent une bobine de fil (bobine mobile) et un aimant fixe. L'électricité de l'amplificateur circule dans la bobine mobile et crée un champ magnétique. La polarité du champ magnétique attire la bobine vers l'intérieur ou la repousse vers l'extérieur proportionnellement à la force du champ magnétique.

Le diagramme ci-dessous montre la force exercée sur la bobine mobile avec le courant circulant dans la demi-onde positive de la forme d'onde audio.

Ce diagramme montre la force exercée sur la bobine mobile avec le courant circulant dans la demi-onde négative de la forme d'onde audio.

Alors que la polarité du courant s'inverse, la force exercée sur la bobine mobile s'inverse aussi, qui est attachée au cône du haut-parleur via le support de bobine mobile.

Le magnétisme n'est pas toujours bénéfique

Concernant les haut-parleurs, nous comptons sur les champs magnétiques et en avons besoin pour qu'ils fonctionnent. Cela dit, le magnétisme ne joue pas toujours en notre faveur.

S'il y a une grande quantité de courant circulant dans un conducteur, il y aura un fort champ magnétique autour. Si on place un autre conducteur dans ce champ magnétique, une tension sera produite sur le second fil.

Dans nos véhicules, de nombreux appareils comme ventilateurs, capteurs, alternateur, modules de contrôle d'éclairage et ordinateurs créent des champs magnétiques contenant du bruit haute fréquence. Quand un câble d'interconnexion mal blindé traverse un de ces champs, il peut capter ce bruit et produire une tension sur le conducteur. C'est pourquoi il est important que votre installateur fasse passer les câbles d'interconnexion et souvent les fils de haut-parleurs loin des sources de bruit électrique.

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Dans notre prochain article, nous parlerons d'inductance et de capacitance et de la façon dont ces caractéristiques affectent les signaux électriques haute fréquence.
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