Pompe à piles

Jean-François Cliche Le Soleil

(Québec) Félix Gingras Genest, 14 ans, de Québec, aimerait bien savoir si la pile qu'il met dans son «iPod Nano deuxième génération de 1,7 Go» s'épuise plus rapidement lorsqu'il monte le son. «Et si oui, pourquoi?» demande-t-il.

Si les ados n'ont pas trop changé depuis l'époque où votre humble serviteur s'assénait de bruyantes doses de Megadeth dans son walk-man à cassette (en espérant que les piles tiennent le coup parce qu'il voulait faire autre chose avec son argent de poche que les remplacer), si les ados sont encore les mêmes, donc, la réponse risque de leur déplaire : oui, le niveau sonore a une influence sur la durée des piles parce que «le travail mécanique à réaliser pour faire vibrer les membranes des écouteurs est plus grand», nous a écrit Dominic Grenier, professeur au département de génie électrique et génie informatique de l'Université Laval, lors d'un échange de courriels.

Alors, voyons à quoi ressemble ce «travail mécanique»...

Dans son livre How Everything Works. Making Physics Out of the Ordinary, le physicien américain Louis Bloomfield explique que le mécanisme qui produit les sons dans les oreillettes est à peu près le même que dans les haut-parleurs des systèmes de son «ordinaires» - à quelques détails près dont nous n'avons pas besoin ici.

Dans un iPod, l'information musicale est conservée dans le langage binaire des ordinateurs, sous forme de 0 et de 1. Quand M. Gingras Genest sélectionne une pièce, cette information est convertie en signal électrique, puis transmise vers les écouteurs.

Une fois rendu, le signal arrive dans un dispositif composé, entre autres, d'un aimant fixe dans lequel un espace nommé «entrefer» est aménagé. Dans cet espace, on enroule une bobine de fil conducteur de façon à ce qu'elle reste mobile et ne touche pas à l'aimant. La bobine est elle-même attachée à une sorte de membrane en forme de cône évasé, qui a elle aussi une certaine liberté de mouvement. Quand les signaux électriques passent dans ce mécanisme, leur interaction avec le champ magnétique de l'aimant fait bouger la bobine rapidement vers l'avant et vers l'arrière, et celle-ci entraîne la membrane dans son va-et-vient.

Le résultat de ces vibrations, c'est que l'air qui se trouve juste devant l'écouteur est successivement comprimé et raréfié. En effet, quand la membrane se déplace vers l'avant, elle compresse légèrement l'air qui se trouve devant elle, et le raréfie quand elle recule, et ces différences de pression se propagent dans l'air un peu comme les vagues que fait un caillou lancé dans l'eau. Or, ce genre de fluctuation dans la pression de l'air est justement ce qui fait vibrer nos tympans. Quand la succession est rapide, nous entendons un son aigu, tandis qu'un enchaînement plus lent donne un son plus grave. La fréquence de ces vibrations se mesure en hertz, où 1 Hz correspond à un cycle compression-raréfaction par seconde. L'oreil­le humaine perçoit les sons dans un spectre compris entre 20 Hz (les plus graves) et 20 000 Hz (les plus aigus).

La force du son produit dans un écouteur, quant à elle, n'est pas déterminée par la fréquence de l'onde sonore, mais bien par son amplitude. Pour obtenir un «volume» plus élevé, on doit s'arranger pour que les différences de pression soient plus prononcées. La membrane doit donc comprimer-raréfier l'air à un degré plus marqué, ce qui demande plus de travail, et donc plus d'énergie.

C'est un peu comme si vous deviez agiter votre main de haut en bas trois fois par seconde pendant un certain temps. Si le mouvement est court - disons, cinq centimètres -, cela ne vous demandera pas un grand effort. Mais si l'amplitude est plus grande - disons, un mètre -, maintenir le rythme de trois battements par seconde sera nettement plus fatigant.

Il est cependant difficile de dire avec exactitude jusqu'à quel point monter le son gruge la pile plus rapidement, nuance Dominic Grenier. «Il n'est pas simple de savoir (quelle partie de la puissance d'une pile sert au fonctionnement électronique et quelle partie sert à produire le son), car ces données ne sont pas dévoilées», explique-t-il, ajoutant que les mesures de ce genre ne sont «pas simples» elles non plus.

De toute façon, il existe de bien meilleures raisons de ne pas écouter sa musique trop fort. Les mélomanes qui se défoncent constamment les oreilles au volume maximal risquent en effet de développer des problèmes auditifs. Mais cela, notre jeune lecteur a dû se le faire dire plusieurs fois déjà par ses parents...

Paru dans Le Soleil de ce dimanche... je tiens à dire que j'ai 15 et non 14 et que je suis raisonnable pour ce qui est du volume de mon baladeur numérique ;-)