Un peu de technique

Le soin que l'on doit apporter à la lecture de ces disques doit partir de plusieurs principes :

Voici quelques commentaires sur la chaîne d'acquisition qui est composée de:

Le sillon, Le stylet ou l'aiguille, La cellule, Le préamplificateur, La numérisation et le traitement numérique du signal

1 - LE SILLON

Généralités :

Bien que ce site soit consacré aux disques à saphir, il est bon de bien comprendre les différents types d'enregistrement sur disques, c'est à dire les enregistrements vertical et latéral.

Forme générale :

L'examen du sillon va nous amener à choisir convenablement le stylet afin d'obtenir le son le plus riche en fréquences et aussi le moins entaché de bruits parasites difficiles à éliminer, en un mot, en maximisant le rapport Signal/Bruit. Notez bien que ces bruits peuvent venir du matériau utilisé à cette époque (les disques Pathé d'avant 1930 sont faits avec de la poudre d'ardoise blutée et collée à la gomme laque, qui est beaucoup plus bruyante que le vinyle des années 50), aussi bien que des bruits purement créés par la pointe de lecture qui vibre dans le sillon (notamment si la pointe n'est pas adaptées au sillon).
Le sillon des disques à 90 tours a une forme de cuvette ronde (en U), de largeur variable d'environ 250 um (microns), soit 0.250 mm. La profondeur des sillons est faible, tout au plus 100 µm. Par comparaison avec les disques 78 tours où le sillon a une profondeur constante, la largeur du sillon n'est que d'une centaine de microns, et sa forme générale est en V.

Si la pointe des disques 78 tours avait pour double but de bien tenir dans le sillon, et de ne pas l'élargir, ce qui aurait créé de la distorsion, puisque l'information y est latérale, la bille des disques à saphir devait elle aussi tenir sur le sillon tout en étant sensible à la largeur du sillon. La restitution de celle-ci devrait se faire linéairement afin d'éviter toute distorsion du signal, ce qui est pratiquement impossible à cause du procédé de gravure...

Enfin, il faut attirer l'attention sur la modulation du sillon en fonction des fréquences à restituer.

Si l'on admet que la fréquence maximum contenue dans le disque est de 5 000 Hz (cette valeur doit être considérée comme un ordre de grandeur seulement), le motif minimal physiquement gravé sur le disque va être :

l = Vitesse linéaire minimale * 2* pi / Fmax,

La vitesse linéaire minimale est égale au produit du rayon minimal et de la vitesse de rotation. Elle est obtenue au centre du disque, soit un rayon de 70 mm, ceci pour une vitesse égale à la vitesse de rotation exprimée en tours par seconde, soit 80/60,

En injectant les valeurs numériques prises comme exemple plus haut :

l = (80 /60) * 70 * 2*pi / 5000 = 0.12 mm

La période physique la plus fine à lire est donc de 120 microns, ce qui correspond à un son aigu situé près du centre. Le saphir devra donc avoir une dimension de moitié de la période minimale soit de 60 microns. Toute utilisation d'un motif dont le contact avec le sillon serait plus gros ne permettrait pas de reproduire ces fréquences et agirait comme un filtre d'aigus.

Nota bene: Ce calcul est cependant une base purement théorique et n'est valable que pour les disques à aiguille. Le saphir ne porte que sur le haut du sillon. La bande passante est beaucoup plus compliquée à calculer pour les saphirs sphériques de plus grand diamètre.

2)Le stylet ou l'aiguille

Les contraintes d'usure :

Commençons par le début et parlons du saphir d'origine :

Les phonographes à saphir utilisaient une tête de 100 grammes et un saphir sphérique de 0,8 mm qui portait sur le haut du sillon. Au sujet du poids, il faut avoir en tête que ce n'est pas le poids qui use le disque, c'est la pression: utiliser une pointe microsillon avec un poids de plusieurs grammes est encore bien plus agressif qu'un saphir boule sous 100 grammes!
Il faut donc proscrire ces pointes coniques utilisées pour les microsillons sous peine de voir le fond des sillons de nos chers disques à saphir être usé prématurément... Gardons en mémoire le fait que l'information musicale pour les disques à gravure verticale est contenue dans la hauteur du sillon et qu'avec une pointe conique, passage après passage, l'usure gagne, et le disque devient un peu à la fois plus difficile à exploiter.

Types d'aigillesOn trouve sur le marché plusieurs types d'aiguilles, principalement les pointes dites 'microsillons' et les autres dites 78 tours. Je voudrais ajouter celles développées par des sociétés spécialisées, et enfin celles que l'on peut fabriquer soi-même.
Du fait des contraintes d'usure pour des écoutes répétées, nous pouvons déjà éliminer les aiguilles 'microsillon' coniques pour les disques à saphir.

 

 

 

Les contraintes de bande passante :

L'aiguille la plus adaptée doit avoir en fin de compte un fond aplati, et comme il est symétrique de révolution, une taille maximale de 60 microns afin de respecter la restitution des aigus (voir le paragraphe de cette page, "Le sillon").

Cependant, il ne faut pas oublier que ces disques ont été lus et relus par des saphirs qui ont principalement usé le bord des sillons. De plus, ces disques ont subi des manipulations qui ont altéré leur surface (usure, fines rayures, ...) L'utilisation de diamants fins permet donc de s'affranchir de bruits de surface difficiles à éliminer. Même si on récupère à la lecture de plus nombreux bruits d'aiguille (cracks), ceux-ci sont faciles à éliminer par un logiciel approprié.

Les contraintes de tenue de la tête dans le sillon :

Il ne faut pas penser que seul l'usure et la bande passante sont les critères principaux dans le choix de l'aiguille. Un troisième critère et non des moindre est que l'aiguille doit "tenir" dans le sillon. Une aiguille trop fine va avoir tendance à ne pas être guidée par le sillon et elle va créer des vibrations parasites. En fin de compte, elle va entrer en résonance et va donner parfois des sifflements qui ne sont pas sur le disque et qui seront quasiment impossibles à enlever.

Les contraintes de distorsion :

Nous avons dit que c'est dans la hauteur du sillon que se trouve l'information musicale. N'oublions pas que un saphir boule porte sur le haut des sillons, et que son déplacement vertical n'est pas tout à fait linéaire en fonction de la hauteur du sillon... Les calculs mathématiques sont compliqués, mais on peut comprendre que cette non-linéarité amène forcément de la distorsion dans le signal obtenu. Cette distorsion amène à la conclusion que pour lire un disque à saphir, il a deux moyens: soit une tête sphérique de gros diamètre (équivalente à un saphir d'époque), soit une tête fine. Toute tête de taille intermédaire va amener une lecture tantôt en mode saphir (lecture de l'ouverture du sillon), tantôt en mode profondeur ceci sur un même disque. Il vaut mieux l'éviter sous peine de distorsion importante...

Les contraintes de bruits parasites :

Si le saphir a tendance à flotter dans le sillon, il va créer des bruits, ou va se mettre à osciller sur sa fréquence de résonance. Ces bruits ne sont pas sur le disque. Ils sont rajoutés par le système de lecture. Ils sont très gênants, et quasiment impossible à enlever. C'est seulement par le choix de la taille du saphir qu'on peux les éviter... aux dépends des autres critères exposés plus haut...

Conclusion :

Il n'y a pas de solution miracle et la lecture par une tête de lecture magnétique est une affaire de compromis entre la bande passante, la distorsion (ou la fidélité), la tenue mécanique, l'usure, et le bruit. Le choix se limite à deux possibiltés: une lecture de surface avec un saphir, ou une lecture en profondeur avec une pointe plus fine que la largeur du sillon. Ce choix dépend des disques si l'on veut optimiser la qualité de la lecture....

Comme tous les diamants disponibles sur le marché sont symétriques de révolution, la contrainte de bande passante est celle qui va donner la dimension maximale du diamant, qui est rappelons le de 60 microns pour les disques à aiguille. Rappelons aussi que notre but est de restituer le meilleur du son après traitement. Les craquements sont plus faciles à filtrer que le bruit continu. La méthode de lecture pourra donc en introduire, si le bruit de frottement de l'aiguille est plus faible.
De même, si la lecture donne une bande passante supérieure à celle du contenu du disque, il sera facile après enregistrement d'éliminer le bruit aigu qui n'a aucun contenu pour l'information du disque. Ceci influencera la taille de la pointe utilisée.

Pour les pointes 'fines', je recommande  une pointe qui fait 60 à 100 microns, et un poids de lecture inférieur à 5 grammes (2 grammes sont en général suffisants sauf pour quelques parties difficiles au niveau du glissement de la tête de lecture où 5 grammes sont nécessaires). Pour la lecture en surface, les saphirs sphériques donnent de bons résultats excepté la distorsion...

Pour réaliser des saphirs adaptables aux têtes magnétiques, il reste possible d'utiliser:

         Les pointes en verre étiré réalisées "maison" à l'aide d'un brûleur à gaz. Ces pointes sont d'abord très difficiles à monter sur une cellule (collées avec de la cire à cacheter ou à la colle cyanolite). Elles s'usent moins que les billes de stylos et donnent un son agréable à la lecture directe. Cependant, la taille de ces pointes est supérieure à 300 microns, et la bande passante de lecture est faible, la restitution de certains aigus est impossible. J'ai donc cessé d'utiliser de telles pointes pour les disques à saphir (je les réserve pour la lecture des cylindres).

3) La cellule

J'ai essayé 3 types d'enregistrements :

Même si le son obtenu par un phonographe en bon état semble très agréable à l'oreille, les meilleurs résultats sont obtenus grâce à la cellule magnétique, notamment dans les mesures de distorsion et de bande passante. J'ai constaté une restitution de fréquence à partir de 100 hertz avec une cellule magnétique alors que je n'arrivais qu'à 180 hertz avec une cellule piézo adaptée. Le son obtenu avec un micro est représentatif de ce que l'on peut obtenir avec un phonographe, certainement agréable par son aspect rétro, mais dont la bande passante est réduite. J'ai personnellement été ébahi de voir le son de certains instruments comme des tambours apparaître dans un enregistrement magnétique, alors que le son du phonographe ne le reproduisait pas du tout...

Bien entendu, piézo ou magnétique, le câblage de la cellule doit être modifié: elle est en général stéréophonique, c'est à dire sensible aux déplacements verticaux et latéraux. Si on la laisse telle quelle, on va faire rentrer du bruit dans la direction qui ne contient pas d'informations sonores (le bruit va rentrer par la composante latérale pour un disque à saphir, ou par la composante verticale d'un disque à aiguille). Une fois ce bruit rentré, il sera impossible de l'éliminer correctement... Cliquez sur ce lien pour voir la description de ce cablâge.

D'autres essais ont lieu avec des nouvelles techniques (lecture optique / Laser ). Je n'ai pas expérimenté ces techniques. Cependant nous bénéficions de l'expérience d'une cinquantaine d'années sur les têtes conventionnelles et les résultats qu'elles donnent sont très optimisés, et à mon avis difficiles à battre.

4) Le préamplificateur

C'est probablement le plus important, car tout peut être gâché à ce niveau. Le problème est que l'utilisation d'une cellule magnétique telle que préconisée dans le paragraphe précédent laisse supposer que l'entrée 'cellule magnétique' de votre ancien amplificateur peut convenir. Hélas, c'est trop simple et c'est faux ! Les entrées 'cellule magnétique' sont toujours équipées de correction en fréquence du type RIAA, ou approchant. Les disques à saphir et les 78 tours ne respectent pas la correction RIAA qui a été crée pour les disques vinyles seulement dans les années 1950.

4.1) Qu'est ce que le RIAA ?

RIAALe RIAA est une abréviation pour "Record Industry Association of America". Cette société a normalisé une courbe d'égalisation appliquée à l'enregistrement des disques afin de diminuer le souffle lors de la reproduction, améliorer la reproduction des aigus, et aussi de pouvoir "serrer" les sillons sur le disque. Ce principe est appliqué depuis les années 1953-1955 à toute l'industrie phonographique. En gros, à l'enregistrement, le RIAA va diminuer le niveau des graves et sur amplifier les aigus. Il faudra qu'à la reproduction, le préamplificateur soit équipé d'un filtre inverse afin de restituer une réponse plate (sans "coloration", c'est à dire que toutes les fréquences du sons sont reproduites avec le même gain). Ces 2 courbes sont représentées sur le même graphe sur l'illustration.

4.1) les effets "pervers" du RIAA pour la reproduction des disques anciens

On peut se dire qu'il suffit d'enregistrer en RIAA et d'appliquer la courbe inverse après grâce au traitement numérique. Hélas, plusieurs raisons amènent à déconseiller ce procédé :

  1. Si on n'applique pas de correction inverse RIAA, (comme on peut entendre de nombreux enregistrements proposés sur Internet), le son est pendant les premières minutes 'flatteur'. Les graves donnent l'impression de qualité. Mais au bout d'une demi-heure d'écoute, c'est insupportable! La musique n'est pas claire, il faut faire un effort pour comprendre, en un mot, c'est très fatigant.
  2. De plus, si vous voulez transposer la vitesse de rotation du disque de 78 tours à 80 tours, ou à 90 tours, n'oubliez pas de faire cette transposition (appelée "pitch shift ") après avoir appliqué la correction RIAA inverse. La correction RIAA est une correction en fréquence, et si vous ne lui envoyez pas les bonnes fréquences, vous allez corriger n'importe quoi, avec comme résultat un son très altéré, avec des graves étrangement fortes, et des aigus très diminuées...
  3. Enfin, et c'est là du bon sens, si vous voulez un son propre à la fin de votre traitement, il vaut mieux éviter les étapes inutiles. A quoi sert de prendre un disque, de lui appliquer une préamplication RIAA, de numériser et d'appliquer l'inverse du RIAA si on peut éviter cette gymnastique ? Tout traitement, hormis les avantages qu'il apporte, va entrainer une perte, qui même si elle parait insignifiante, peut prendre des proportions importantes si les étapes sont trop nombreuses.

La seule solution est de modifier son vieil amplificateur RIAA en supprimant toute correction en fréquence, ou de fabriquer/trouver un préamplificateur linéaire qui accepte les têtes magnétiques. J'ai personnellement fabriqué le mien. Il me donne pleine satisfaction et il reste à la portée d'un technicien moyen. Mon préampli respecte :

J'ai utilisé des amplificateurs opérationnels modernes qui associent un très faible bruit, une très faible distorsion, une faible tension d'alimentation, ce qui permet une grande rejection des filtrages d'alimentation, et une grande stabilité.

4.2 Faut-il une correction autre que le RIAA ?

En toute théorie, les disques enregistrés en acoustique (sans microphone) ne devraient pas avoir besoin de correction. Cependant, compte tenu du fait que les cornets et autres 'enregistreurs' n'avient pas de réponse plate en fréquence, la réponse reste oui, bien que la courbe idéale à appliquer ne dépende que de l'oreille...
Dés 1925, pour les disques électriques, une correction état appliquée à l'enregistrement afin de gagner de la place sur le disque en serrant les sillons. Il est évident que là il faut appliquer la correction inverse à la lecture (en général, cette correction dépend du fabricant du disque, et atténue les fréquences inférieures à 200 Hz. Les bons préamplificateurs proposent plusieurs types de correction du genre Decca, Columbia... (voir Colibri) . Il est préférable d'utiliser ce genre de préamplificateur plutôt que de confier tout à un ordinateur qui ne travaille qu'après la numériqation du signal.

Pour revenir aux disques acoustiques, lorsqu'on analyse en fréquence le bruit enregistré sur les disques, on a la surprise de voir qu'on est loin d'avoir du bruit blanc. Parfois il manque jusqu'à une dizaine de décibels entre les 'médium' et les 'aigus' ou les 'basses'. La compensation que l'on va appliquer ne peut pas être systématique malheureusement et va dépendre du disque auquel on a affaire: a t-il été enregistré directement, a t-il été d'abord enregistré sur cylindre, puis retranscrit sur disque? Voilà deux exemples simples qui montrent qu'on ne peut pas généraliser, et qu'il n'y a pas de miracle. Je conseille deux solutions: essayer de corriger la réponse en frequence du bruit avec un égaliseur (en supposant que ce bruit devrait être 'blanc'), ou essayer d'avoir un résultat équilibré à l'oreille. Parfois les deux méthodes doivent être utilisées en même temps... Le résultat vaut le coup, et on est loin de celui obtenu avec cette courbe RIAA qui n'a rien a voir avec ce qu'il faut faire...

5) La numérisation et le traitement numérique du signal

Définissons déjà ce que l'on va demander au logiciel. Nous avons vu que la chaine d'acquisition du signal était très importante, et qu'il était illusoire d'essayer d'obtenir de bons résultats en faisant confiance exclusivement au PC et en lui présentant un signal dégradé. On va demander au PC:

Il vaut mieux disposer d'une bonne carte d'acquisition, si possible 24 bits. Le format 16bits/44.1ksps qui est utilisé par les CD est suffisant pour une restitution du son, mais pas pour travailler le son en studio... Il faut travailler le son sous 20bits ou mieux sous 24bits/88.2ksps, les algorithmes de traitement du son n'en seront que plus efficaces. Si l'on persiste à vouloir travailler quand même sous 16 bits, il faut prendre soin d'aligner toutes les dynamiques et d'effectuer les égalisations en fréquence au niveau du préamplificateur analogique). Les cartes mères disposant de la partie son intégré sont à éviter. Ces cartes son ne sont pas à la hauteur et amènent des phénomènes étonnants (j'ai personnellement cherché longtemps d'où pouvait venir un effet de compression dymanique du signal lorsque j'ai réalisé que cela provenait de ma carte mère elle-même)...

Il va falloir utiliser un enregisteur et un éditeur de sons disposant des outils déjà cités. L'offre de logiciels a récemment fait de grands progrès, en proposant un panel d'outils gratuits ou presque, alors que ces outils se payaient fort cher il y a encore quelques années.

On peut utiliser pour enregistrer et même traiter un fichier son, profitez donc
- du magnétophone de Windows, disponible dans l'onglets Programme/Accessoires/Divertissement/ Magnétophone. Ce logiciel, fourni dans l'offre de base Windows, permet d'enregistrer le son provenant de la carte Son de son PC et de le stocker sur son disque dur. D'un usage très simple, son apparente limitation à 60 secondes n'est pas un problème si l'on enregistre au dessus d'un fichier existant de grande durée. Il suffit à la fin de couper la fin du fichier, puis de l'enregistrer le fichier 'sous' le nom que l'on aura choisi. Le format peut être en .wav ou en .mp3.
- Audacity est un programme beaucoup plus évolué qui permet de décliquer et de réduire le niveau de bruit du phonogramme. Il permet également de visualiser le contenu spectral d'un signal. Ce programe est téléchargeable sur le site http://audacity.sourceforge.net/
- Le traitement du son peut être obtenu avec un éditeur qui est présent dans le logiciel de gravure Néro. Néro est parfois fourni gratuitement lors de l'achat d'un graveur, et son éditeur répond aux critères que l'on s'est donné précédemment. Allez donc voir la commande 'Edit' de Néro.

En conlusion, ne demandez pas trop à votre logiciel de nettoyage de son. Il ne marchera jamais aussi bien que si vous restez dans des limites raisonnables (15dB de réduction de bruit, un décliquage automatique léger, qui ne va pas éliminer le son en même temps, quitte à le terminer à la main). Comme disent les américains avec raison 'Garbage in - Garbage out' !

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