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Cellules, bras et platines ...

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La technique audio évolue à l'évidence d'année en année. Mais comment se fait-il que des techniques anciennes comme l'amplification à tubes ou le disque vinyle continuent à avoir des adeptes ? Le secret ne serait-il pas dans une restitution plus "humaine", bien que non dénuée de défauts ? Vaste discussion ...

Le disque vinyle qu'on croyait disparu a effectué un retour remarqué il y a déjà des années. Aussi les questions concernant ces drôles de platines TD (tourne disques) se font plus nombreuses sur les forums.
Peut-être serait-il donc intéressant d'apporter rapidement quelques éléments de réflexion sur des techniques qui, quoique un peu oubliées, ont été fort évoluées !


L'ensemble cellule - bras- platine

La platine TD, son (ou ses) bras, sa cellule sont des éléments pas toujours faciles à construire (mécanique et électro-mécanique de haute précision) ; ou plus précisément, la structure n'est pas toujours complexe (nombreuses platines de très haute qualité ont une structure simple), mais la précision de réalisation est primordiale.

L'ensemble lecteur est composé de trois éléments : la platine elle-même, le bras et la cellule ; Commençons ce petit survol par la cellule.

La cellule

Les cellules magnétiques (les cellules pour disques vinyles) utilisent un système aimant-bobine pour transformer les ondulations du sillon en un signal électrique : Lorsqu'un aimant se déplace près d'une bobine, ou une bobine près d'un aimant, cela produit un très faible courant alternatif.
On a donc pensé à utiliser ces deux systèmes pour récupérer le signal d'un disque vinyle : Le stylet porte-pointe porte un diamant collé à une extrémité (disque), et à l'autre extrémité (intérieur de la cellule), soit un aimant, soit deux micro-bobines.
Entre les deux, une suspension élastique en un composé visco-élastique plus ou moins souple permet au stylet de vibrer en fonction du sillon.


Jusqu'à la fin des années 60, on entendait également parler de la cellule "cristal" ou "piezo" qui délivrait directement un signal de niveau ligne (pas besoin de préampli ni à fortiori de pré-préampli).

C'est celle qui équipait la totalité des tourne-disques 33 / 45 T

Elle a été vite abandonnée en usage haute fidélité à cause de ses défauts : raideur, nécessité d'une force d'appui importante, distorsions, courbe de réponse tourmentée…

De même, on utilisait des pointes en saphir (on parlait de "changer le saphir usé"). Le diamant, plus cher est nettement plus résistant à l'usure et le saphir a disparu...

 

En pratique, les deux systèmes (MM et MC) cohabitent :

MM = Moving Magnet = Aimant mobile
MC = Moving Coil = Bobine mobile

Pour la cellule à aimant mobile, un aimant très léger est fixé à l'extrémité du stylet qui se trouve à l'intérieur de la cellule.
En suivant les mouvements du sillon, cet aimant vibre près de deux bobines situées à l'intérieur de la cellule, ce qui crée deux faibles tensions alternatives en sortie de ces bobines : quelques millivolts.

Pour la cellule à bobine mobile, ce sont deux micro-bobines fixées à l'extémité intérieure du stylet qui se déplacent entre des aimants fixes. Un courant extrêmement faible apparaît (la tension ne dépasse pas quelques microvolts en général)

Quel type de cellule choisir ? Voyons différents aspects du choix…

1 ) - L'offre du marché

Aimant mobile

Les cellules à aimant mobile ont toujours été les plus répandues car elles étaient souvent moins chères ; en fait l'éventail des prix était très vaste, depuis la cellule rustique pour DJ jusqu'aux excellentes Stanton 681 EEE (utilisées en grande masse dans les années 80-90 à la radio) ou V15 V de Shure ... et ce n'étaient pas les plus chères !

Ce qui a pu les déprécier, c'est que les constructeurs de platines ont souvent monté des cellules à aimant mobile de faibles performances ... pour ne pas grever le prix de l'ensemble tout simplement ...

Les "aimant mobile" de qualité peuvent bien sûr sonner aussi bien que les bobines mobiles ; mais elles deviennent alors aussi chères.

Offre du marché :
On a toujours un choix correct : des dizaines de références.

Bobines mobiles

Etant donné leur prix souvent plus haut de gamme, ces cellules ont été moins répandues…

Mais ceux qui ont goûté aux cellules à bobines mobiles sont souvent ensuite d'ardents défenseurs de ce type de cellule, essentiellement à cause de la douceur et de la finesse de la restitution, et de la qualité des transitoires.

Offre du marché :
Le choix semble s'être restreint, mais les grands classiques (insurpassables ? ) continuent à être produits.

 

Donc ici, plutôt avantage (pour le choix plus vaste) à l'aimant mobile

D'autres éléments de choix, plus importants…

2 - La souplesse ("compliance") de la suspension de la pointe.

a ) - Usure du sillon

Les cellules à bobine mobile ont en général une suspension raide (peut-être à cause de la masse des bobines mobiles : on est obligé de durcir la suspension pour garder une bonne "tenue de route" de la pointe dans le sillon). Et les fils de sortie des bobines n'arrangent pas ce critère, alors que l'aimant mobile vibre plus "librement".

En conséquence, cette raideur oblige à augmenter la force d'appui (grand minimum 1.5 g, mais plutôt 2 g ou 2.5 g...), sinon la pointe "décolle" dans les grandes élongations.

Qui dit suspension raide et force d'appui élevée dit usure du sillon. En théorie, les bobines mobiles usent davantage le sillon qu'une aimant mobile bien réglée.

A titre de comparaison, je me suis autrefois amusé à régler une Shure V15 II (aimant mobile, 1972...) à 0.75 gramme, et elle lisait correctement les bons disques... [Par contre, il lui fallait 1,25 g pour bien lire tous les disques ; platine Thorens TD160, bras TP16.]


Donc ici (usure du sillon) plutôt avantage à l'aimant mobile de qualité

b ) - Accord entre la souplesse de la suspension de cellule et masse du bras

La souplesse de la suspension doit s'accorder avec la masse du bras (ou plutôt son inertie).
Par exemple, si le bras est relativement lourd (cas de certaines platines professionnelles anciennes), la cellule ne doit pas être trop souple, sous peine de faire entrer le bras en résonance avec le voile du disque, et faire sauter le diamant hors du sillon !

Tout dépend de l'inertie du bras :

Si le bras est "lourd", il aura besoin d'une cellule relativement raide, donc :

* Avantage à la bobine mobile :

1 - si le bras est ancien, donc probablement lourd.

2 - Egalement si le bras est plus long que la moyenne :
En effet, l'inertie d'un bras long sera probablement plus élevée
et le moindre voile risquerait de créer des distorsions passagères
sur les "bosses" du disque avec une cellule trop souple

On utilise quelquefois des bras très longs pour minimiser l'erreur de piste : on en parlera plus loin.

.
* Mais avantage à l' aimant mobile souple pour les bras très légers

(je parle bien de l'inertie et non pas de la force d'appui, qu'on peut régler).

 

Toutes les "aimant mobile " conviennent-elles ?
Les cellules aimant mobile d'entrée de gamme
ne conviennent pas en général pour un usage vraiment haute fidélité car elles sont trop raides (ou alors, avec une vieille platine à bras lourd). Par contre elles conviennent parfaitement en usage DJ.

 

Que se passerait-il en cas d'utilisation d'une cellule "raide" avec un bras ultra-léger ?

Essentiellement une perte dans les basses (avec probablement une bosse dans le haut-grave) ; également, les résonances dans la cellule et dans le bras seraient nettement augmentées (bosses dans la courbe de réponse).

 

Donc la "compliance" de la cellule est un élément à prendre en compte pour une lecture correcte de tous les disques ; on remarque qu'elle va plus loin (25 µm/mN voire plus) pour les cellules à aimant mobile de haut de gamme.
Peu d'écart entre les entrées/milieu de gamme à aimant mobile et les bobines mobiles pour ce critère.

On est tout de même revenu des cellules à très haute compliance. On s'est aperçu que la souplesse de l'équipage mobile ne règle pas tous les problèmes, en particulier de lisibilité dans les cas complexes (chœurs). Ce n'est pas un gage de musicalité à tous les coups...

 

Pas d'avantage marqué à l'un ou à l'autre système, tout dépend du bras associé.

2 - La masse de l'équipage mobile

Ce critère important n'est jamais indiqué dans les notices...
Si le stylet porte-pointe est "lourd" (tout est relatif, c'est un objet très petit…) le diamant suivra mal les variations brutales du sillon (transitoires) et reproduira mal les aigus (résonance sensible, accompagnée d'un manque de finesse dans ce registre).
On peut craindre également une usure supplémentaire de l'extrême-aigu du disque.

Faut-il se désoler, puisque ce critère n'est pas indiqué dans les caractéristiques ?
Non, car il a été pris en compte depuis longtemps, et l'inertie de l'équipage mobile est très faible dans les cellules de milieu ou haut de gamme : diamants très petits, tube du stylet très fin et léger, quelquefois en matériau exotique du genre bore… N'ayons donc pas de crainte pour ce critère, quel que soit le système (aimant mobile / bobines mobiles).

Cependant il faut savoir que l'aimant mobile est presque toujours plus léger (c'est pourquoi il a besoin de moins de force d'appui et se contente d'une suspension plus souple)

Ici, avantage fréquent pour les "aimant mobile" de haut de gamme.

Remarquez que la différence est peu marquée de nos jours ; il n'y a plus de "mauvaise cellule" sur ce critère.

La cellule à aimant mobile est-elle "parfaite" en ce qui concerne l'usure de l'extrême aigu du disque ?

Non, car bien sûr la perfection n'est pas de ce monde ...
Non, plus sérieusement, car il y a toujours une usure plus rapide des fréquences extrême-aigues, quel que soit le système.
Les fréquences de plus de 15 khz sont "rabotées" en 5 à 6 lectures : et il ne s'agit pas d'une opinion, cela a été photographié au microscope électronique ! En effet, ces fréquences sont enregistrées sous formes d'ondulations extrêmement serrées et peu profondes, donc faciles à user.

C'est une des raisons qui avaient incité à faire des recherches en lecture laser des disques vinyles.
Après des années d'études, la platine vinyle à lecture laser a vu le jour ... après la naissance du CD ! Pas de chance.
Cette platine (voyez les news de janvier 2005) est commercialisée sous le nom d'E.L.P. :
http://www.elpj.com/about/index.html

Son prix est malheureusement à la hauteur de sa complexité.



3 - Diamant sphérique ou diamant elliptique ?

Voilà qui a agité les esprits au temps de la splendeur du vinyle ! Les choix ne sont pas sans conséquences au niveau de la distorsion et de l'usure des éléments.
Elliptique ou sphérique, le diamant est presque toujours conique à sa base. C'est la partie en contact avec le sillon qui est taillée différemment. L'extrémité du diamant se termine soit par une demi-sphère, soit par une micro-lame transversale. Elle ne s'appuie dans ce cas que par deux minuscules arêtes sur les flancs du sillon.

Avantages :
La taille sphérique (qu'on appelait improprement conique) est plus simple à réaliser, et elle ne nécessite pas un réglage précis de l'angle d'attaque (voir plus bas).
La surface de contact avec le disque est plus importante, donc l'usure est moindre à force d'appui égale.

Inconvénients :
Côté inconvénients, on citera la distorsion plus importante et une bande passante théorique moins étendue dans l'aigu.
Cette taille sphérique était réservée aux cellules d'entrée de gamme ou à celles nécessitant pour d'autres raisons une force d'appui importante (DJ).

 

La taille elliptique a toujours été plus difficile à réaliser, donc plus chère. Elle était réservée aux cellules de milieu ou haut de gamme quel que soit le système.

Avantages :
Faible distorsion dans l'aigu, finesse de restitution (elle suit les plus infimes mouvements du sillon), bande passante très étendue. Musicalement, c'est la meilleure taille
.

Inconvénients :
Nécessité d'avoir un équipage mobile très léger et une suspension souple pour pouvoir diminuer la force d'appui. Usure du diamant plus rapide (surface de contact microscopique) ; usure possible du disque en cas de suspension raide.
Une cellule à faible compliance ne devrait pas avoir en théorie de diamant elliptique, à cause de la force d'appui nécessairement plus importante.

Ici, avantage théorique à la cellule elliptique à aimant mobile,
de grande compliance (souplesse) et faible masse mobile,
donc fonctionnant à faible force d'appui.

4 - Côté pratique

L'échange du diamant usé (ou le remplacement du diamant 33 t pour un diamant 78 T, pour les amateurs) se fait très simplement dans les cellules à aimant mobile. On retire l'ancienne pointe et on met la nouvelle à la place …
Par contre l'échange de la pointe d'une bobine mobile se fait exclusivement en atelier (importateur, spécialiste).

Ici, avantage à l'aimant mobile

Il faut reconnaître que l'échange du diamant ne se produit pas très souvent,
sauf si vous jonglez entre les 33 t et les 78 t (pointe sphérique plus grosse) ...


5 - Niveau du signal

Les cellules à aimant mobile délivrent un signal de quelques millivolts (déjà relativement sensible aux parasites et mauvaises masses) ; mais les cellules à bobines mobiles délivrent quelques micro-volts seulement !

Il faut donc utiliser en plus un transformateur ou un pré-préampli avant d'attaquer le préampli, ce qui augmente le coût de l'ensemble. Il existe encore cependant des amplis intégrés qui offrent le choix bobines mobiles (MC) ou aimant mobile (MM)

Le défaut évident de ces faibles niveaux de sortie (surtout pour la bobine mobile !) est l'augmentation du souffle.

Transformateur ou pré-préampli ?

Le transfo n'a aucun composant actif, donc en théorie pas de distorsion harmonique. Mais il nécessite une adaptation précise par rapport à l'impédance de la bobine mobile, variable selon les modèles. Il présente donc souvent plusieurs entrées, ou un réglage par plots.
L'impédance de charge nécessaire est souvent basse (100 ohms) mais on voit par exemple la Sumiko Black Bird qui nécessite 47 Kohms…

Le pré-préampli est une solution simple et efficace, mais apporte un léger souffle supplémentaire ; en conséquence le rapport signal/bruit d'une entrée bobines mobiles est plus faible que celui d'une entrée aimant mobile.
Cependant cette formule est devenue, avec les circuits à très bas bruit, la solution la plus répandue.

 

Ici, avantage simplicité à l'aimant mobile.
Mais aucun retentissement sur la qualité audiophile des cellules à bobines mobiles.

Voilà en ce qui concerne les principaux critères de choix, en matière de cellules.
Vous constaterez que ce n'est pas par hasard si les "aimant mobile" ont toujours remporté l'essentiel du marché : Prix d'achat moins élevé en moyenne, compliance élevée impliquant une force d'appui moins importante, moins d'usure du disque et de la pointe, utilisation sans remords pour son disque de profils elliptiques, facilité d'échange du diamant…

Objectivement la palme technique revient à ce système.

Mais qu'en est-il de la musique ? qu'est-ce qui fait que les bobines mobiles, malgré leurs limitations techniques théoriques, ont survécu et même prospéré ? Tout simplement, parce que la musicalité ne se met pas facilement en équations et qu'elles ont toujours proposé finesse, pureté et superbes qualités transitoires.
Ceci provenant bien sûr du principe, mais aussi du fait qu'il n'y a jamais eu de bobines mobiles de bas de gamme.

A mon avis, à prix équivalent on a une qualité équivalente (avec des personnalités bien marquées) entre les deux systèmes. Je conserverais cependant une légère préférence pour les cellules à aimant mobile à grande compliance, à cause de la moindre usure du disque à long terme.

Souvenirs personnels :
J'ai très longtemps utilisé des cellules à aimant mobile Shure de la série V15 (V15 II - V15 V).
J'aimais leur douceur fine, la précision de leur restitution et leur naturel remarquable. Mais il faut savoir qu'elles possédaientpar moments quelques petites limitation en termes de lisibilité dans l'aigu, par exemple dans la restitution des chœurs à fort niveau de gravure.
L'observation microscopique du sillon montrait effectivement des zones très difficiles à lire à cause d'oppositions de phase dans le signal, déformant le sillon dans le sens vertical, ce qu'elles avaient des difficultés à franchir sans perdre le contact compte tenu des très faibles forces d'appui.

Ceci entre autres leur a fait préférer par exemple la Stanton 681EEE (aimant mobile également), qui fut d'ailleurs choisie pour équiper une partie de Radio France dans les années 80.

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Yves Ursch

Février 2007