[Tutoriel] Le guide de la cellule.

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dr-yag

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AFicionado·a

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Sujet de la discussion Posté le 08/06/2006 à 13:22:41

LE GUIDE DE LA CELLULE

Bientôt les photos, j'ai pas eu le temps de les mettre.
Je tiens à dire que j'ai bossé 2 mois pour faire le tutoriel.

1.la cellule de lecture, moteur électrique miniaturisé:

Trop souvent on a tendance à sous-estimer le rôle joué par la cellule dans une chaîne Hi-fi (platine). Rôle pourtant essentiel, puisque c'est la cellule - et elle seule - qui traduit en signaux électriques les vibrations gravés dans le sillon des disques, et qui décode les informations correspondant aux voies gauche et droite des disques stéréophoniques.
Ceci met en oeuvre des techniques relevant de la micro-mécanique de précision, dont il est indispensable de connaître certains des aspects essentiels.
Une cellule se compse d'un certain nombre d'éléments: chacun a sa désignation, chacun a sa fonction.
Il y a d'abord l'équipage mobile composé de la pointe de lecture, du tube porte pointe et d'un élément mobile, appelé moteur, lui-même solidaire du tube porte-pointe.

La pointe de lecture est fixée à l'extrémité du tube port-pointe et c'est elle qui est au contact du sillon. Le tube transmet les mouvements de la pointe à l'élément moteur qui est chargé de fournir les faibles signaux électriques résultant de la lecture du sillon.
Selon la nature de cet élément <<moteur>>, on a affaire à une cellule <<céramique>>, <<photo-électrique>>,<<à jauges de contraintes>>, <<à électrets>>, ou << magnétique>>.

Deux grandes catégories de cellules magnétiques

Les plus utilisés dans les installations(djing, hi-fi)sont les cellules magnétiques. Elles font la quasi-unanimité en ce qui concerne leurs performances, leur fiabilité et même leur prix. Du moins quand leur choix est fait avec discernement, car les différentes variantes de ces cellules font qu'elles n'apportent pas les mêmes satisfactions à leurs utilisateurs.
Pratiquement, on peut diviser les cellules magnétiques en deux grandes catégories; d'une part, celles dont le fonctionnement repose sur la modification d'un champ magnétique à l'intérieur de bobines fixes - elles sont, de très loin, les plus répandues ; d'autres part, celles dont dont le fonctionnement est basé sur le déplacement de bobines mobiles mobiles dans un champ magnétique fixe.

Les shémas de principe les plus connus de ces différents types de cellules sont donnés figure1. Ainsi, en (a) nous avons représenté la vue en coupe d'une cellule dite à réluctance variable; en (b), un modèle à aimant mobile; en (c), un modèle à aimant induit; en (d), un modèle à bobine mobile.

2. Les cellules à bobines fixes:

Cellule à réluctance variable

Dans ce type de cellule, les vibrations captées par la pointe de lecture mettent en mouvement un fin barreau de fer doux, situé dans l'entrefer d'un circuit magnétique, <<polarisé>> par un aimant permanent.
Sous l'effet des vibrations ainsi transmises au barreau, la largeur de l'entrefer se trouve modifiée. Il en résulte une modification fr la distribution du flux magnétique dans les deux bobines B et B' qui donne naissance, aux bornes de celles-ci, à des tensions électriques traduisant les mouvements de la pointe de lecture.
La figure figure 2 montre la vue en perspective d'une cellule à réluctance variable de la configuration courante.

Cellule à aimant mobile

Proches, par leur conception, des modèles à réluctance variable, les cellules à aimant mobile s'en distinguent essentiellement par l'adoption, en lieu et place du barreau en ferdoux, d'un petit aimant, dont les mouvements sont solidaires de la pointe de lecture(Figures 1.b). Les mouvements de l'aimant engendrent, dans le circuit magnétique, des variations de flux induisant dans les bobines B et B', des tensions électriques proportionnelles à la vitesse de déplacement de la pointe de lecture.
De conception relativement simple, ces cellules voient leurs performance quelque peu <<freinées>> au niveau de la restitution des transitoires à cause de la masse de l'aimant mobile, masse qui ne peut descendre au-dessous d'une certaine valeur si l'on veut bénéficier d'une sensibilité satisfaisante.
Voilà l'aspect pratique d'une cellule à aimant mobile

Cellule à aimant induit

Les cellules à aimant induit sont un perfectionnement des modèles à aimant mobile dont elle sont dérivées. Les variations de flux ne sont plus crées par l'intermédiaire d'un aimant mobile- de masse non négligeable - mais au moyen d'un petit barreau de fer doux, solidaire de la pointe lectrice - donc fort léger - et placé dans le champ d'un puissant aimant fixe, de dimensions confortables (Figures. 1c)
Par comparaison avec les cellules précédentes, les cellules à aimant induit (figure. 4) présentent l'avantage d'une réduction substantielle de la masse de l'équipage mobile; il en résulte un bien meilleur comportement aux fréquences élevées et, surtout, en présence de signaux transutiures. Toutefois, comme nous le verrons, l'augmentation de la masse, due à l'aimant fixe de poids élevé, fait que l'emploi de ce type de cellule doit être réservé aux bras de lecture de masse importante.

Cellule V.M.S

Echappant aux critiques formulé à l'égard des autres types des cellules. Les modèles VMS d'ortofon utilisent la technique du shunt magnétique variable(VMS= Variable magnetic shunt). On a recours, pour modifier la répartition des champs magnétiques, à un puissant aimant annulaire, placé à l'avant de la cellule et à un minuscule tube en fer douxn de masse infinitésumale (figure 5), solidaire des mouvements de la pointe de lecture. Lorsque le tube est mis en mouvement sous l'effet de la modulation <<contenue>> dans le sillon des disques, il court-circuite partiellement les champs magnétiques engendrés au niveau de l'aimant annulaire, donnant naissance, dans les bobines, à des signaux électriques reproduisant fidélement la gravure original du disque.
Cete technique, non seulement permet de réduire de façon très sensible la masse de l'ensemble de l'équipage mobile, mais également le poids total de la cellule, qui peut de ce fait, être montée sur patriquement tous les types de bras de lecture sans qu'il soit nécessaire d'observer des précautions particulières.

Cellule LM

Utilisant les mêmes techniques que la cellule VMS, les <<low mass>> ou faible masse ont la particularité d'être plus légères - de 50% au moins - que les modèles << normaux>>. L'exemple le plus récent est la gamme <<Condorde>> Ortofon.
Ce résultat est obtenun d'une part en minimisant leurs dimensions et, d'autre part en intégrant la cellule dans l'embout de montage. Permettan d'alléger de façon très substantielle la masse résultante<<cellule+embout+bras>>.
L'intérêt de cet allégement permet, notamment lorsque l'on est en présence de disques voilés, d'éviter de soumettre l'équipage mobile de la cellule à des contraintes mécaniques aussi néfastes qu'inutiles(figure6 . a), génératrices de distosions de toutes sortes. En effet, lorsque l'on est en présence d'un ensemble<<cellule+bras>> de masse élevé, c'est l'équipage mobile de la cellule qui se voit contraint d'absorber les inégalités de surface - avec des conséquences de l'on imagine - car, du fait de sa masse importante, l'ensemble <<-cellule- bras>> ne peut suivre de déformations.
En revanche, si la masse de l'ensemble <<cellule/bras>> est faible - ce qui notemment le cas avec une cellule LM - les choses se passent tout autrement.On constate alors (figure 6.b) que ce n'est pas le fragile équipage mobile qui se trouve obligé d'encaisser les déformations de la surface du disque, puisque l'ensemble cellule/bras peut, dans ce cas, suivre les déformations du disque.

3. Cellule à bobines mobiles:

Dans les cellules de ce type, ce sont les déplacements de bobines dans un champ magnétique fixe, engendré par un très puissant aimant, qui traduisent en signaux électriques les vibrations captées par la pointe de lecture (figure 7).
Afin d'être aussi légères que possible, les bobines ne comportent qu'un tout petit nombre de spires de fil très fin; on ne recueille en sortie que des signaux de très faible amplitude et cela oblige soit à disposer d"un transformateur élévateur, soit de récourir à un préamplificateur spécial à haut grain.
Les cellules à bobines mobiles sont très performantes, mais en contrepartie, leur prix d'achat est élevé; d'autre part, leur masse relativement éléevée et la monis grande souplesse de leur équipage mobile les destinent plutôt au montage sur des bras longs et rigides.

4. Les pointes de lecture:

Le montage

Jouant un rôle très important dans le comportement des cellules, les pointes de lecture sont, aujourd'hui, le plus souvent réalisées en diamant, matériau dont la très grande dureté leur confère une durée de vie appréciablé, et en tout cas sensiblement supérieur à celle des pointes en saphir utilisés autrefois.
Néanmoins, le diamant n'est pas l'unique élément intervenant dans le comportement des pointes de lecture, Leur mode de montage a lui aussi un rôle déterminant à jouer.
Sur les modèles de cellules les plus sophistiquées, il est courant de faire appel à des diamants <<nus>>, c'est à dire directement collés sur la partie antérieure des tubes porte-pointe, sans faire appel à un quelconque support intermédiaire (figure. 8a).
C'est là une formule intéressante, car elle permet de réduire encore un peu plus la masse dynamique de l'ensemble <<pointe de lecture-tube porte-pointe>> et d'obtenir, par voie de conséquence, une bien plus grnade rapidité de réponse aux signaux transitoire de grande amplitude.
Ce n'est pas le cas des pointes de lecture montées selon la configuration de la figure 8b, et qui sont associées à une embase métallique, sertie dans le tube porte pointe, alourdissant de façon non négligeable la masse dynamique de l'ensemble. Il en résulte un comportement moins satisfaisant mais cette technique est cependant retenue pour des cellules de prix moins élevés.

Le profil

Il n'y a cependant pas que le montage de la pointe de lecture qui influe sur les performances d'une cellule; le profil de la pointe y contribue également pour beaucoup. Et cela, à différent niveaux.
Pour saisir tout l'importance du profil d'une pointe de lecture, il faut avoir présent à l'esprit, qu'à l'enregistrement, le sillon est gravé par un buron à arêtes vives(figure.9), dont la section est évidemment sans rapport avec celle d'une pointe de lecture classique, à profil conique.
Le burin graveur se déplaçant toujours dans un même plan il est aisé de voir que la section du sillon n'est constante et égale à celle du burin graveur que dans deux cas:
-En l'absence de modulation.
-Aux maximums d'élongation du sillon.

Dans tous les autres cas, la section du sillon est inférieure à celle du burin. En conséquence, lorsque le sillon est lu par une pointe de forme conique, le cercle matérialisant le contact entre la pointe et les flancs du sillon est appelé à varier constamment (figure 10), soumettant la pointe de lecture à un effet de pincement.

Dans ces donditions, la pointe de lecture se trouve animée d'un mouvement vertival, la faisant monter ou descendre le long des parois du sillon, selon que celui-ci se rétrécit ou, au contraire, s'élargit.

Sur le plan pratique, cela se traduit de deux manières: d'une part par une augmentation de la force d'appui lorsque la pointe a tendance à remonter le long du sillon; d'autre part par la création de signaux parasites de fréquence double de ceux enregistrés, chaque période de signal comportant deyx maximums d'élongation.

Pour remédier à ce défaut, on peut utiliser des pontes de lecture aux profils se rapprochant autant que possible de celui du burin graveur, c'est à dire, caractérisées par des arêtes latérales à très faible rayon de courbure. Ce son les pointes de lecture elliptiques ou certains modèles encore plus élaborés, tels que les pointes du type Fine-Line, mises au point par Ortofon en 1981, et que l'on peut comparer figure 11.

Indépendamment de l'effet de pincement signalé ci-dessus et auquel échappent les pointes elliptiques, il est encore un autre phénomène qui milite en faveur de l'utilisation des pointes à profil amélioré, et qui a pour nom la distorsion de contact.
Une pointe de lecture conique touche les flancs du sillon en deux endroits diamétralement opposés, situés sur une perpendiculaire au parois de ce dernier et les points de tangence avec le sillon varient constamment; en fait ils ne sont en coincidence avec ce du burin graveur qu'en l'absence du modulation ou aux maximums d'élongation du sillon. Du fait de leur profil, les pointes elliptiques ou Fine-Line échappent à cette non-coincidence(figure 12). De plus, les très faibles rayons de courbue de leurs arête latérales leur permettent de suivre, avec fidélité et aisance, les plus fines inflexions du sillon modulé (figure 13). D'où l'intérêt évident de ces deux types de pointes.

Les contraintes mécaniques

Pour intéressantes qu'elles soient, les pointes de lecture elliptiques ne présentent, toutefois, pas que des avantages. Les très faibles rayons de courbues de leurs arêtes latérales, au contact des flancs du sillon, entraînent une augmentation sensible des pressions exercées à leur niveau. C'est l'effet de poinçonnement. Lorsque l'on passe - pour une même force d'appui - d'une pointe conique à une pointe elliptique, ce phénomène a pour effet de multiplier environ par 4 ka pression exercée sur les flancs du sillon.
Voilà pourquoi on voit apparaître depuis quelque temps une nouvelle génération de pointes de lecture. Leur profil très élaboré permet d'augmenter la surface de contact avec les flancs du sillon, dans le plan vertical(figure 14), sans rien perdre des avantages inhérents aux faible valeur dans arêtes latérales.

5. Les critères de qualité des cellules:

De même que pour les autres maillons d'une chaîne Hi-fi, la connaissance d'un certain nombre de caractéristiques est indispensable pour juger de la qualité d'une cellule. Il importe, tout d'abord, de prendre en considération l'étendue et la régularité de la réponse en fréquence d'une cellule et de s'assurer que, aux fréquences les plus élevées(ex 16 000 et 25 000 Hz, même plus), les variations affectant le niveau du signal de sortie ne sont pas trop prononcées. Ce point est illustré sur la figure 15.

Aux fréquences élevées, notamment, la courbe de réponse peut être influencée à la fois par la résistance de charge de la cellule(exemple: 47 000 à 100 000 Ω ) et par les capacités parasites des câbles de liaison entre le bras de lecture et l'entrée du pramplificateur.(x picofarads)

La compliance

Autre paramètre important à connaître: la << souplesse>> - <<compliance>> pour les Anglo-Saxons - du joint d'articulation de l'équipage mobile. Celle-ci conditionne l'aptitude de la pointe de lecture à suivre fidélement des méandres du sillon. Expimée en cm/dyn ou en µm/mN..
La compliance conditionne aussi la force d'appui et celle-ci est d'autant plus faible, à <<lisibilité>> égale d'un sillon modulé, que la souplesse de la cellule est grande. De nombreux efforts ont été faits pas les constructeurs en vue d'augmenter la souplesse en vue d'aboutir, précisément, à de faibles forces d'appui.

Mais comme nous le verrons un peu plus loin, choisir une cellule à très grande souplesse exige un certain nombre de précautions.

La <<Trackability>>

La <<lisibilité>> d'une cellule - que l'on désigne par les vocables, tracking Ability, ou Trackability- est un autre facteur déterminant. En effet, la lisibilité définit l'aptitude d'une cellule, a bien suivre le tracé des sillons, même très fortement modulé. Elle s'exprime en micromètres (µm)., traduisant l'amplitude des vibrations auxquelles on peut soumettre la pointe de lecture d'une cellule sans risquer de la faire sauter du sillon.
Cette <<lisibilité>> dépend, à la fois, de la souplesse de l'équipage et de sa masse dynamique. Celle-ci doit être aussi faible que possible. La réponse de l'ensemble aux signaux à front raide. Exemple, quand on sait qu'un signal à 10 000 Hz, enregistré à haut niveau, est capable de communiquer à une pointe de lecture des accélérations de l'ordre de 2000 G! Dans ces conditions, une masse dynamique de 1.5 mg constitue un maximum à ne pas dépasser, et des valeurs égales ou inférieures à 0.6 mg sont nettement plus recommandables. En ce qui concerne la <<lisibilité>>, il faut pouvoir compter sur des valeurs supérieures (70 à 80µm ) ne peuvent qu'améliorer le comportement d'une cellule.

6. Résonance de l'ensemble <<cellule/bras de lecture>>:

La résonance de l'ensemble <<cellule/bras de lecture>> est trop souvent négligée. Pourtant lorsqu'elle n'est pas convenablement maîtrisée, on ne peut aboutir qu'à des résultats décevants; c'est notamment le cas lorsque l'on <<marie>> indûment une cellule à grande souplesse avec un bras de masse élevée.
Afin de mieux comprendre ce qui peut se passer alors, assimilons l'ensemble à un système oscillant équivalent, constitué par un resssort auquel est suspendu un poids d'une masse donnée (figure 16): la souplesse de l'équipage mobile de la cellule est représentée par le ressort, et la masse du bras de lecture par le poids suspendu.
Lorsque l'ensemble est mis en mouvement, il se met à osciller à une certaine fréquence, déterminer à la fois, par l'élasticité du ressort et la masse du poids; cette fréquence est dite de résonance et elle est d'autant plus basse que l'élascticité du ressort - ou de la cellule - est grande, et la masse du poids ou du bras de lecture - élevée.
De même lorsque l'ensemble << cellule/bras de lecture>> est utilisé pour lire un disque, le système entre en résonance. Pour de bons résultats, l'entrée en résonance doit se situer entre ex: 8 et 15 Hz.

Voilà pour toi mon ami Florian.[img]

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