Calibration sans bande étalon, possible ?

Bonjour, 

je me risque à ce tuto qui va certainement provoquer beaucoup de réactions ;) c'est un condensé de tout ce que j'ai pu trouver sur les forum, dans des articles et ce que j'en ai compris. Il y a une part d'improvisation, comme dans mon métier la R&D (électro-mécanique). Comme dans mon métier aussi,  j'ai déjà entendu "ce n'est pas comme cela que l on fait" et bien d'autres, cela ne m'a pas empêcher de poser 8 brevets dans le domaine du magnétisme avec de produits qui "marchent".

C'est différent de ce que sont habitués à faire les techniciens même s'ils sont très expérimentés car ils utilisent les procédures officielles avec tel appareil, tel bande, tel matériel. Le but n'est pas d'être absolument strict et sera réservé au matériel de Mr (Mme) tout le monde et plus difficilement au studio. en particulier, les réglages sont pour des bandes que vous enregistrez et reproduisez sur le même appareil, il peut y avoir des écarts si les bandes sont lues ou enregistrées sur un autre appareil.

je constate qu il faut parfois plusieurs bandes étalon pour un même appareil, elles différent suivant les appareils; elles coûtent très chers (60€ à 260€ constatés) et sont parfois des copies et/ou on ne donne pas d'indications sur la précision ou l'appareil de référence (étalon).

Un gros investissement alors qu'il vaut sans doute mieux mettre votre argent dans un bon oscillo

comme le 14 bits (réglé en 12 bits sur photo) 4 ch 100 MHz

Il y a plusieurs normes de référence, je ne possède que les CEI et ai trouvé des copies partielles des NAB.

Matériel nécessaire:

• bande magnétique vierge de qualité, le type que vous utiliserez sur bobine de même dimension (7 ou 10.5")
  pour ce tuto, j'ai utilisé le modèle RTM SM911 1/4" 1100m NAB de THOMANN sur bobine Revox 10.5" noire
  attention, livrée en galette et c'est une 12" . Une amélioration de la bande BASF et d'après écoute et mes mesures, excellents résultats. Pas de problème lors du transfert de la galette vers bobine avec le A-3440 (il faut quand même au montage "glisser" la bande de 30 cm sur galette dans la bobine Revox et écarter le levier de tension gauche à la mise en place, avant bobinage rapide)
• multimètre VAC avec bande passante 20-20kHz (3% si possible) générateur fonction (ou carte son, voir ci dessous) j'utilise finalement un VOLCRAFT VC7200 BT equivalent à Multicomp pro MP730028 US
• oscilloscope au moins 2 canaux, 4 est un plus pour un 4 pistes, sonde tension pour TP (test point)
  note: beaucoup de modèle CN avec des hardware identique, souvent le firmware (dont menus) n'est pas le même et parfois cela change tout

• logiciel forme onde sinus, bruit blanc, sweep comme le très bon logiciel gratuit  REW, il faut juste s'inscrire, mais on peut faire un don. A mes yeux, il est vraiment bien fait avec des maj régulières (12/2022)

• carte son dans mon exemple TASCAM US366) échantillonage >= 88.2 kHz pour la bande passante (pas 48 kHz comme photo)
  • au préalable ajuster le gain de sortie pour avoir 308 mV sur générateur REW et 308 mV en sortie
  • à tout moment vérifier que l'entrée ne sature pas, régler les potentiomètre à 80-90% du niveau de saturation
  • mettre à zéro dB le niveau entrée analogique dans le soft de la carte (pas +5.46 comme photo)
  • mettre en mute l'entrée PC (sinon on superpose le signal venant du PC)

Extrait de la CEI 60094-2 (1994):

Toute bande étalon normalisée doit comporter au moins les sections suivantes:
1) niveau de référence;
2) réglage d'azimut;
3) réponse amplitude/fréquence.
Chaque section doit être enregistrée suivant un angle de 90° ± 1 ', par rapport au bord de la bande.

Carastéristiques des bandes: voir tuto "Bandes magnétiques: système à bobine"
Vitesse de défilement

• il n'est pas possible de réguler la vitesse du cabestan même si il est en direct drive car il y a glissement de la bande, celui-ci peut varier en fonction
  • de la pression & usure du galet
  • tension de la bande qui peut varier en début/fin de bande (sauf régulation tension sur les appareils le  plus sophistiqués)
  • épaisseur de la bande (qui varie en début et fin de bande car c'est un couple aux bobines même si double cabestans comme mon GX-650d) température etc.
  • diamètre du cabestan qui n'est pas nécessairement le même que sur la bande étalon (que l'on ne connaît pas sauf avoir le type)

• principe de la bande étalon: une fréquence étalon 1  kHz ± 3% à la vitesse de défilement 4.75, 9.5, 19, 38 cm/s par exemple
• ma solution: repère sur la bande par exemple
  à 19 cm/s 30 s sot 570 cm ou 5.7 m et chronomètre de l 'info visuelle
  il y a des bandes amorces avec repères comme MAXELL tous les 19 cm ou Revox tous les 3 cm,
  
  il faudra alors compter un nombre de traits pour améliorer la précision ou se fabriquer un petit détecteur simple pointé sur la bande. Je me demande même si on ne peut pas faire une vidéo avec son téléphone, j essaierai...
• la précision sera bien suffisante pour un usage HiFi.

Azimuth

• pour moi il est possible visuellement de régler la tête de lecture avec une erreur d'angle très faible
• la tête d'enregistrement peut alors être réglée pour une erreur de phase minimum. On a alors un parallélogramme dont les côtés sont la bande et l'axe (azimuth) des têtes. Ce ne sera pas strictement le cas si on lit une bande provenant d'un autre enregistreur mais cela doit être assez rare
• ci dessous photo et superposée photo décalée de 1° (erreur maximum de la norme) qui correspond à peu près au défaut d'alignement max (à retoucher) bande lignes vertes et bord tête en lignes jaunes
  
• je dois encore faire un réglage précis (niveau max) puis vérifier le déphasage très précis (parallélogramme)

Bias (enregistrement et lecture)

Il me semble nécessaire ici de donner quelques explications sur les propriétés magnétiques d'une bande, leur composition et des détails sur les têtes d'enregistrement et de lecture.

Par ailleurs il faut jeter un coup d’œil sur les tutoriels AF

• Bandes magnétiques: systèmes à bobines
• Le principe de la polarisation AC

Les principales grandeurs magnétiques utilisées sont :
Flux magnétique (unité : Wb)
Densité de flux B (unité : T) = 10.000 Gauss
Intensité du champ magnétique H (unité : A/m)
Ils sont liés par les équations : B = µ x H [1 x A/m]; Φ = B x S [T x m²]
La densité de flux de saturation des bandes professionnelles est < 100 mT
Une valeur typique pour la valeur maximale de la densité de flux enregistrée dans l'émulsion de une bande magnétique fait 50 mT. Ceci serait atteint à la valeur maximale d'un enregistrement à niveau d'enregistrement complet.

La valeur efficace de cette densité de flux est alors
B_rms = 0,71 * 50 mT = 35 mT
Le flux total dans l'émulsion du ruban est alors le produit de la densité de flux et l'aire de la surface magnétique. Cette surface est le produit de la largeur du ruban et de la épaisseur de l'émulsion.
S = 6,3 mm * 14 μm = 9 * 10-8 m²
Φ_rms = 35 mT * 9 * 10-8 m² = 3150 pWb
Ce flux total dans l'émulsion est normalement lié à la largeur de piste. Par conséquent, nous énoncez-le en termes de flux par mm de largeur de piste : Φ_rms/largeur = 3150 pWb / 6.3 mm = 500 pWb / mm = 500 nWb / m
C'est un peu inhabituel pour moi de voir des Wb/m, on voit dans le détail ci dessus que c'est bien la bonne unité (on peut remplacer les 6.3 mm par la largeur magnétique de 1.05 mm dans le cas de 4 pistes, la valeur est identique)
Il s'agit d'une valeur typique pour le niveau de flux utilisé dans l'enregistrement sur bande moderne (matériel professionnel) en jaune dans les tables ci-dessous

• après beaucoup de recherches et après avoir bien progressé bien avec des articles de référence (voir fin de tuto), à noter les paramètres qui suivent qui résument les points qui me semblent importants
  • il est indispensable avant tout réglage d'avoir fait maintenance mécanique, électrique et électronique; il faudra tout reprendre si on change à nouveau un composant critique; exemple un nouveau condensateur avec un courant de fuite différent va changer la polarisation d'un transistor, la BP, le gain, le bruit etc
  • pas facile de savoir quelle niveau induction choisir, le constructeur renseigne un niveau adapté aux matériels lors de la mise sur le marché
  • après 40-50 ans, les têtes sont usées ce qui ne donnera pas le résultat départ usine
  • les bandes sont plus performantes qu il y a 40..50 ans
  • tout le monde n'a pas les mêmes habitudes à l'enregistrement, VU un peu, beaucoup, à la folie dans le rouge
  • tous les Vu n'ont pas le même fond d'échelle +5, + 6, +8 dB ...
  • utilisation ou pas d'un système Dolby de réduction de bruit (important pour le niveau écrêtage)
  • THD acceptable en fonction du type de musique, de votre chaîne de reproduction, de vos oreilles
• le but est d'optimiser S/N mais sans écrêtage THD; 
• principe de la bande étalon, un signal est enregistré et doit être lu à un niveau de référence (flux par mètre) pour la sortie (l'indication +xx au Vu mètre et sortie analogique)
• j'ai donc choisi un compromis (à la Belge ;-) ) et vérifié sur mon TEAC A-3440 (les 4 canaux) après sa complète remise en état
  le graphe ci dessous avec la bande SM 911 est assez parlante
  
• je suis, sans m'en écarter, la procédure du manuel technique jusqu'au moment où il faut une bande étalon pour le son
• ensuite (répéter 2-3 fois):
  • ligne 6 (en jaune) je raccorde les 4 entrées du A-3440 à la sortie de la carte son
  • utilise les fenêtres REW configuration, générateur, distorsion
  • j'injecte du sinus 400 Hz au départ 308 mV et monte le niveau jusqu'à obtenir 1% de saturation
    VU bien dans le rouge au départ (+6 dB)
    règle le niveau PLAY CAL R143 (si votre appareil était complètement dé réglés, partir du milieu du potentiomètre)
    jusque la limite des graduations rouges du Vu mètre (+6 dB sur A-3440)
    • les mV sont un choix arbitraires (dépend du gain ampli)
    • on est bien au maximum de Fluxivité mais pas à une valeur standard (normalisée)
    • un ordre de grandeur de fluxivité (référence ou calculée) maximum est donné dans le tutoriel bandes magnétiques R2R
  • répéter opération sur tous les canaux (changer entrée/sortie A-3440 de/vers carte son)
  • la saturation provient alors de la chaîne
    1 générateur (carte son) 2 ampli entrée 3 ampli enregistrement 4 Rec bias 5 tête enregistrement 6 bande magnétique
    7 tête lecture 8 démodulation 8 ampli lecture 9 ampli sortie 10 mesure (carte son); on s'est assurer plus haut que 1 & 10 ne sature pas; en principe on sera limité par 6 (les niveaux des amplis ont été ajustés dans les étapes précédentes, un pré réglage Rec bias avec niveau play cal au milieu ou un appareil pas trop déréglé)

Réponse amplitude/fréquence

• ligne 8,
  • le plus efficace est d'utiliser un bruit blanc
  • sur oscillo, c est vraiment compliqué surtout avec le résidu de la porteuse 100 kHz
  • régler R117 R122 pour courbe réponde HF plate (10-20 kHz) aux 2 vitesses, c'est assez facile, visible;
  • on voit bien la différence entre les 2 vitesses
  • A noter l'échelle 20-40 kHz ! pas mal ! le niveau du graphe (-60 dB n'a pas comme ref le 0.775 V)
  • la mesure se fait à -10 dB Vu; ici les graphes du §11-4 "frequency response overall"

• le reste de la procédure se fait comme indiqué dans le manuel de service que j ai charge dans AF
• on peut être satisfait(e) quand on a ce résultat; il faudra sans doute répéter toute l'opération car au départ les réglages enregistrement ne sont pas corrects. Les graphes ci dessus après 3 réglages (ben ou j'ai un peu tâtonné)

Références:

• TEAC "A-3440 service manual"
• MAGNETIC REFERENCE LABORATORY, INC Choosing and Using MRL "Calibration Tapes for Audio Tape Recorder Standardization"
• Masanori Kimizuka "Historical Development of Magnetic Recording and Tape Recorder"
• JRF Magnetic Sciences: "Tape Heads-An Introduction"
• NAB MAGNETIC TAPE RECORDING AND REPRODUCING STANDARDS REEL-TO-REEL
• NATIONAL ASSOCIATION OF BROADCASTERS "NAB Standard Cartridge tape recording & reproducing"
• JOHN G. McKNIGHT "Speed, Pitch, and Timing Errors in Tape Recording and Reproducing"
• ROBERT K. MORRISON FOUNDER STANDARD TAPE LABORATORY "STANDARD TAPE MANUAL"
• IEC 60094-6 (1985) Magnetic tape sound recording and reproducing systems. Part 6: Reel to reel systems
• SCOTCH Magnetic Tape "Sound Talk" vol1 #2 (1968)  High frequency bias requirements for magnetic tape recordings