Guide de la cellule phono III

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Les principales caractéristiques de la cellule

Réponse en fréquence (exprimée en Hz)
C’est la plage de fréquence qu’est en mesure de reproduire la cellule, du grave à l’aigu. Plus le premier chiffre est faible, plus elle « descend » dans le grave, plus le second est élevé, plus elle « monte » dans les aigus. Le chiffre entre parenthèses (par exemple +2/-0 dB) indique la tolérance acceptée dans les valeurs lors de la mesure.

Séparation des canaux ou diaphonie (exprimée en décibels dB)
C’est la capacité de la cellule à n’envoyer sur sa sortie gauche que le signal correspondant au canal gauche, et sur sa sortie droite que le signal correspondant au canal droit. Plus cette valeur est importante, moins il y a d’interférences entre canaux. La stéréo est alors plus nette et mieux marquée.

Équilibre entre les canaux (symétrie des canaux)
L’équilibre des canaux d’une cellule correspond à sa capacité à reproduire les signaux des canaux gauche et droit avec un niveau de sortie identique. Elle s’exprime sous forme de différence possible d’un canal à l’autre, mesurée en décibel (dB) à la fréquence de 1 kHz. Plus sa valeur est faible, mieux c’est. Une cellule idéale qui possèderait un équilibre des canaux de 0 dB, lirait un disque mono avec un niveau de sortie rigoureusement identique sur le canal gauche et le canal droit.
Les fabricants de cellules essaient d’atteindre cet idéal qui garantit un parfait équilibre stéréo. La voie de droite ne prend pas le pas sur la gauche, ni l’inverse, ce qui contribue au respect de l’enregistrement et garantit une bonne spatialisation des instruments ainsi que le centrage de la voix de l’artiste.

Tests Audio-Technica de réponse en fréquence et de séparation des canaux de la cellule ART9XA
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Niveau de sortie ou tension de sortie (exprimée en mV)
C’est la tension du signal mesurée à la sortie de la cellule, généralement à la fréquence de 1 kHz et à vitesse de lecture stabilisée pour un disque 33 tours 1/3 (soit 5 cm/sec). Il est nécessaire de connaître cette valeur pour vérifier l’adéquation de la cellule avec le pré-ampli phono utilisé, qu’il soit intégré à l’ampli (entrée phono) ou qu’il s’agisse d’un pré-ampli phono séparé. En effet, entre une tension de sortie inférieure à 0,1 mV (cellule à bobines mobiles de faible efficacité) et une tension supérieure à 5 mV (cellule à aimants mobiles très efficace), la différence de niveau sonore représente près de 35 dB et demande donc une pré-amplification différente.

Force d’appui (VTF)
La force d’appui ou “Vertical Tracking Force” indique le “poids” à appliquer sur la pointe de lecture. Elle s’exprime généralement en grammes ou en millinewtons (mN) et se règle avec le contrepoids du bras de la platine vinyle. Le fabricant indique dans les caractéristiques de ces cellules une plage dans laquelle doit se trouver la force verticale à appliquer sur la pointe de lecture et une force d’appui recommandée. Le réglage de la force d’appui est la première étape du réglage d’une cellule. Si la force d’appui est trop faible, la pointe de lecture ne pourra pas suivre correctement le sillon. Si la force d’appui est trop importante, la suspension interne sera surchargée, ce qui entraînera une perte de performance.

Après un premier réglage, il est important d’expérimenter d’autres réglages (dans la plage recommandée par le fabricant) pour trouver le force d’appui “idéale” qui donnera le meilleur son. Pour ce faire, il est important d’utiliser une balance digitale de précision (avec une tolérance de +/-0,01 gramme) plutôt que d’utiliser le réglage du contre-poids du bras. Pour un même fabriquant, la différence de son entre les différents réglages peut être significative ou négligeable selon le modèle de la cellule.

Remarque :
Une force d’appui trop faible augmente plus l’usure qu’une force d’appui un peu trop élevée.

Compliance (exprimée en µm/mN)
La compliance (anglicisme) désigne la souplesse ou la flexibilité d’un matériau ; en l’occurence, pour une cellule, elle exprime la souplesse de la suspension du cantilever. Elle indique la valeur du déplacement de la pointe de lecture (par rapport à sa position au repos) lorsqu’elle subit une force de 1 millinewton. Elle est exprimée en µm par millinewton, mais par commodité on l’exprime en “unité de compliance” ou cu.
La compliance est classée en trois catégories :
– compliance faible : inférieure ou égale à 10 cu
– compliance moyenne : entre 10 cu et 20 cu
compliance élevée : supérieure à 20 cu
Une cellule de compliance élevée (plus souple) conviendra à un bras de lecture léger. À l’inverse, une cellule de faible compliance (plus rigide) conviendra mieux à un bras de masse élevée. La compliance de la cellule est à comparer à la masse effective du couple formé par le bras de lecture et la cellule, afin d’éviter que des résonances n’apparaissent dans le spectre audible.

La compliance d’un stylet est généralement publiée dans les spécifications de la cellule par le fabricant. Normalement, c’est la compliance dynamique (plutôt que la compliance statique) qui est la plus intéressante. La fréquence de vibration à laquelle la compliance a été mesurée est également indiquée. Il s’agit généralement de 10 Hz, mais les fabricants japonais ont tendance à utiliser 100 Hz. En conséquence, pour comparer les cellule, il est nécessaire de convertir une conformité indiquée à 100 Hz en son équivalent à 10 Hz. Le facteur de conversion couramment utilisé est d’environ 1,75 (ainsi une conformité de 8 cu à 100 Hz est convertie en 14 cu à 10 Hz).

L’impédance (exprimée en ohm Ω)
Cette donnée permet d’adapter la cellule avec le pré-ampli (certains sont réglables tandis que d’autres restent figés sur la configuration d’origine). Chaque circuit a une résistance qui est calculée et donne une valeur d’entrée et de sortie, l’impédance de charge de l’entrée phono du préamplificteur  doit être au moins 10 fois supérieure à l’impédance interne de sortie de la cellule. Il est donc nécessaire de bien intégrer les données fournies par les fabricants pour obtenir un résultat optimal.

Durée de vie de la pointe de lecture (stylet)
Il est impossible de donner une durée de vie précise, car de nombreux facteurs entrent en ligne de compte :
– le matériau constitutif de la pointe de lecture (le diamant est le meilleur, loin devant le saphir qui a été largement utilisé pour baisser les coûts de fabrication),
– le profil de la pointe de lecture (les contacts linéaires sont les meilleurs, devant les profils coniques et elliptiques car la durée de vie du stylet est proportionnelle à la surface de contact avec le sillon du disque),
– la force d’appui (plus elle est importante, plus elle provoque une usure rapide (Shure a constaté que pour une force d’appui réglée à 0,75 gramme, la pointe de lecture durait 120 % plus longtemps qu’à 3 grammes, et qu’à 1 gramme, elle durait deux fois plus longtemps qu’à 3 grammes).
– le polissage de la pointe de lecture (une pointe plus lisse engendre moins de friction, donc provoque moins d’usure),
– la propreté du disque,
– le matériau du disque.

Selon Ortofon, avec un entretien approprié, il est possible d’utiliser un stylet en diamant durant 1000 heures environ sans dégradation des performances. Au delà, la pointe de lecture présentera une légère dégradation qui s’accentuera au fil de l’utilisation ; cependant la durée de vie de l’aiguille pourra atteindre 2000 heures. Bien sûr un contrôle régulier de l’usure est conseillé.

Durée de vie maximale d’un stylet préconisée par les fabricants, selon le profil utilisé :
– conique – 150 heures (Jico*)
– conique – 300/500 heures (Audio-Technica)
– conique, elliptique – 300/500 heures (JVC)
– conique, elliptique – 500/1000 heures (Shure)
– conique, elliptique – 1000 heures (A.J. van den Hul)
– elliptique – 250 heures (Jico*)
– elliptique – 300 heures (Audio-Technica)
– elliptique – 800/1000 heures (Pioneer)
– Super Analog Stylus (SAS) Line Contact – 500 heures (Jico*)
– Special Line Contact – 800 heures (Audio-Technica)
– Shibata – 400 heures (Jico*)
– Shibata – 800 heures (Audio-Technica)
– Microline – 1000 heures (Audio-Technica)
– Van den Hul (Line Contact) – 3000 heures (A. J. van den Hul)
– Fritz Gyger S – 7000/10000 heures (Jan Allaerts)

*Durée de lecture estimée par Jico (fabricant du stylet SAS) pendant laquelle un stylet conservera son niveau de distorsion initial mesuré à 15 kHz. Cela ne veut pas dire qu’à 500 heures, un stylet doit être remplacé, mais que l’usure à ce stade provoque une distorsion supérieure à celle spécifiée pour un stylet neuf. Les chiffres fournis par Jico peuvent probablement être doublés, voire triplés.

Les principaux réglages de la cellule

Avant d’entamer l’installation et le réglage de la cellule, vous devez installer votre platine vinyle sur une surface plane et stable (un meuble dédié ou un support mural). Au préalable, vérifier la stabilité du meuble ; plus il est lourd, plus il sera stable. Cela limitera la transmission par le sol des vibrations mécaniques extérieures.

Ensuite il est nécessaire de mettre à niveau le plateau de la platine vinyle. Pour cela, utiliser un niveau à bulle (ou une application sur smartphone) qui vous permettra de bien positionner votre platine. Pour éviter d’endommager accidentellement la pointe de lecture ou le cantilever, utiliser la coque protection fournie avec la cellule. De même lors du montage ou du démontage du porte-cellule ou de la cellule.

Un disque d’essai, regroupant la plupart des tests à effectuer pour le réglage de la cellule, est un outil conseillé, voire indispensable, pour configurer votre platine vinyle au mieux !
A titre d’exemple ces disques de tests (40 euros environ) ont été plébiscités par les audiophiles :
– Analogue Productions/The Ultimate Analogue Test LP
– HiFi News Analogue Test LP

Angle de lecture (VTA)
Appelé aussi angle d’attaque, angle de suivi vertical ou “Vertical Tracking Angle” en anglais. C’est l’angle formé par une ligne imaginaire, passant par le point pivot du cantilever et la zone de contact du stylet, et la surface du disque. Lorsque la cellule est parfaitement horizontale et cet angle respecté, la pointe de lecture est parfaitement perpendiculaire au sillon. Il est de 20°, conforme à l’angle de coupe utilisé actuellement pour le burin de gravure.

Initialement à 25° sur les premières cellules stéréophoniques (B&O SP1/2 par exemple) il est ensuite passé à 15°, et ce jusqu’au milieu des années 70. De cet angle découle l’appellation de certaines cellules (Ortofon MC 15 ou Shure V15). Ensuite cet angle de coupe  a été modifié pour passer à 20°. Le nom de la cellule Ortofon MC 15 a été changé pour devenir MC 20.

L’angle de suivi vertical doit être réglé lors de l’installation de la cellule phono sur le bras de lecture. Sur un bras de lecture performant, un réglage final du VTA peut être obtenu en élevant ou en abaissant le bras de lecture au niveau de son support de base. Hausser l’ensemble du bras augmente la VTA, l’abaisser la diminue. Il faut noter que, selon le fabricant, les disques et les tapis recouvrant le plateau de la platine vinyle ont des épaisseurs variables qui peuvent modifier la VTA. En conséquence remplacer un tapis par un autre ayant une épaisseur différente nécessitera un nouveau réglage de la hauteur du bras de lecture. Pour régler l’angle d’inclinaison du stylet, il faut au préalable mettre l’anti-skating à 0 et appliquer la force d’appui (VTF) préconisée par le fabricant de la cellule.

Angle d’inclinaison du stylet (SRA)
Appelé aussi “Stylus Rake Angle” en anglais. C’est l’angle du stylet par rapport à la surface du disque. Pour une reproduction la plus fidèle possible et maintenir les distorsions à un minimum, l’inclinaison du stylet doit être, dans l’idéal, identique à celle de la pointe du burin qui a gravé la matrice du disque (92°).

En mars 1981, Audio Magazine a publié un article de Jon Risch et Bruce Maier intitulé “More than One Tracking Angle”. Dans cette analyse définitive sur le VTA et le SRA, les auteurs sont arrivés à la conclusion que 92 degrés est l’angle idéal pour la plupart des disques.
L’article (en anglais) est disponible ici : → SRA - More than One Tracking Angle.

Avec une forme de stylet complexe (Shibata, Replicant, Microridge, Line Contact, etc.) une attention particulière doit être accordée au positionnement du diamant dans le sillon. L’angle d’inclinaison du stylet (SRA) est très important pour les performances de la cellule, et la longue surface de contact (l’arête vive) du diamant doit être quasi perpendiculaire à la surface du disque, vue de côté (vois schéma ci-dessous). L’angle entre la surface du disque et le cantilever est proche de 23 degrés lorsque l’angle d’inclinaison du stylet est de 90 degrés.

Un point de départ idéal consiste à placer le bras de lecture parallèlement à la surface du disque et à utiliser la force d’appui recommandée. La surface de contact sera presque perpendiculaire à la surface du disque avec ce réglage. L’angle d’inclinaison du stylet peut maintenant être modifié progressivement et soigneusement en ajustant la force d’appui (VTF) et, si nécessaire, la hauteur du bras de lecture. L’objectif devrait être un angle d’inclinaison du stylet autour de 92 degrés, réglage qui peut être affiné par une écoute attentive. En d’autres termes, la pointe du stylet doit pointer légèrement vers la base du bras de lecture.

Attention ! Pour chaque cellule il y a une corrélation entre VTF, VTA et SRA ; en augmentant la force d’appui de la cellule, on “écrase” le cantilever ce qui modifie légèrement l’angle d’inclinaison du stylet et par conséquent le SRA. Ce phénomène est d’autant plus important que la compliance verticale de la cellule est élevée. D’où l’intérêt de garder le réglage de la force d’appui de la cellule dans plage recommandée par le constructeur.

L’inconvénient de cette méthode “à l’oreille” est qu’il faut admettre que les fabricants réalisent un assemblage parfait de la cellule (angle d’inclinaison du stylet, assemblage de la pointe de lecture sur le cantilever, alignement du stylet) ce qui n’est pas toujours le cas. Pour preuve, comme le montre la photo ci-dessous, malgré un bras réglé parallèlement à la surface du disque, le stylet de cette cellule très onéreuse forme un angle de 87,1 degrés avec une surface plane parfaitement horizontale.

Un rapide calcul (schéma ci-dessous) montre qu’avec cette cellule “mal assemblée”, il faudrait rehausser de 19,77 mm un bras SME de 9 pouces (longueur effective 231,2 mm) pour compenser l’erreur de SRA de 4,9° et obtenir les 92 degrés requis !

WAM Engineering a analysé plusieurs cellules, parfois très onéreuses et n’a constaté aucune corrélation entre le coût et la précision du montage du stylet. Pour une cellule, le SRA était de 96°, pour l’autre il était de 87,8°. Dans les cas extrêmes, le défaut de montage de stylet constaté est si important qu’il est impossible de faire fonctionner la cellule à 92 degrés sur un bras de lecture sans insérer une cale entre la cellule et le porte-cellule (headshell) pour compenser l’erreur de montage du stylet. Dans ces cas extrêmes la meilleure chose à faire est de retourner la cellule au fabricant et d’en exiger une correctement assemblée, surtout lorsque qu’elle coûte plusieurs milliers d’euros.

En conclusion, pour régler très précisément le SRA, il faudrait s’équiper d’un microscope digital USB avec un logiciel dédié. Ce qui se trouve facilement sur internet pour quelques dizaines d’euros.

Anti-skating
La rotation du disque vinyle et la géométrie du bras de lecture créent une force centripète (qui varie constamment) qui pousse le bras vers l’axe de rotation du disque, ce qui fait que la pointe de lecture perd le contact avec la paroi extérieure du sillon (c’est-à-dire le canal droit). La vitesse linéaire et modulée du sillon, la force d’appui, le profil de la pointe de lecture et la composition du vinyle sont autant de facteurs qui y contribuent. L’antiskating contrebalance cette force, en cherchant à obtenir une pression égale du stylet sur les deux côtés pour qu’il reste centré dans le sillon. L’anti-skating est donc nécessaire pour maintenir un bon équilibre des canaux (un volume équivalent des canaux gauche et droit), minimiser la distorsion et réduire l’usure de la pointe de lecture et du disque.

La plupart des bras de lecture ont un réglage de l’anti-skating calibré et ajustable. En général, le réglage de l’anti-skating correspond à la force d’appui (VTF) utilisée pour la cellule. Les cellules à haute compliance sont plus sensibles à la force anti-skating que celles à faible compliance ; les fabricants de cellule à faible compliance préconisent un anti-skating réglé à environ la moitié ou les deux tiers de celui requis pour les cellules à haute compliance.

D’autres peuvent ne pas avoir ce réglage manuel. Cela ne signifie pas pour autant que la platine n’a pas cette fonction ; elle peut être gérée en interne, préréglée à une valeur fixe par le fabricant. C’est courant sur les platines qui utilisent une cellule pré-montée.

Pour débuter le pré-réglage, faire correspondre la valeur de l’anti-skating – sur une platine qui dispose d’un contrôle réglable par l’utilisateur (en général un bouton pré-calibré) – à celle la la force d’appui (VTF) utilisée pour la cellule. Si vous disposez d’un disque de test avec une plage lisse ou un disque avec une face sans sillon, vous pouvez également réaliser ce pré-réglage de l’anti-skating. Le bras doit rester en place ou se diriger très lentement vers le centre ou l’extérieur du disque. Rappelons que ce n’est pas la réalité car le stylet repose sur sa pointe et n’est pas guidé par le sillon du disque (les surfaces de contact ne sont pas les mêmes). La force appliquée est environ 50 % trop importante ; en tenir compte pour appliquer la valeur d’anti-skating. Ensuite, pour parfaire le réglage, utiliser la méthode 1 ou 2.

Méthode 1
Écoutez attentivement les dernières minutes d’un disque pour déterminer si plus ou moins d’anti-skating est nécessaire. Écoutez la distorsion, en particulier un sifflement gênant produit lors de la prononciation de certaines lettres ou combinaisons de lettres telles que “s” et “sh”, et déterminez s’il semble plus fort sur l’un des deux canaux. Réglez la valeur de l’anti-skating jusqu’à ce que cette distorsion soit minimale. Ensuite, écoutez attentivement à deux ou trois autres endroits du disque et recherchez toute différence de tonalité, de dynamique et de scène sonore. S’il y a des différences, il peut être nécessaire de reprendre le réglage de l’anti-skating.

Méthode 2
Une autre méthode très simple, ne nécessite qu’un disque enregistré en monophonie et de bonnes oreilles. Un enregistrement de voix fournit une “image sonore” claire et stable, parfaitement centrée entre les deux haut-parleurs. Si ce n’est pas le cas, ajustez l’antiskating de la cellule pour obtenir cette “image sonore” exactement au centre. Cette méthode fonctionne bien si vous êtes suffisamment entraîné pour savoir ce qu’il faut écouter.

Azimut
C’est l’angle (vers la gauche ou vers la droite) existant entre la perpendiculaire au plan du disque vinyle et l’axe vertical passant par le “centre” de la pointe de lecture de la cellule phono, en regardant la cellule de face. En fonction de la précision de montage de la pointe de lecture et du cantilever, et en supposant que la pointe de lecture a été polie de manière parfaitement symétrique, l’azimut est correct lorsque la pointe de lecture est rigoureusement perpendiculaire à la surface du disque vinyle (pas le corps de la cellule).

Lorsque le réglage de l’azimut est mal fait, la forme et la surface des points de contact entre pointe de lecture et sillon changent, provoquant un déséquilibre entre les canaux droit et gauche ; il y a une dégradation du son qui se traduit par :
– une moins bonne reproduction des hautes fréquences
– une augmentation de la distorsion harmonique
– une moins bonne lecture des micro-informations du sillon
– une diminution de la séparation des canaux (diaphonie)

Plusieurs méthodes simples peuvent être employées pour régler l’azimut ; nous n’aborderons que celles qui ne nécessitent pas d’appareil spécial (Fosgate Fozometer, oscilloscope à double voie, voltmètre à deux canaux, microscope, etc.).
Avant de commencer le réglage, il faut ajuster la cellule pour qu’elle soit la plus horizontale possible, lorsqu’on la regarde de face. Le futur “meilleur réglage” se situe dans une plage de plus ou moins 3 degrés par rapport à cette position 0.

Méthode 1
Un miroir, une lampe et une petite loupe permettent d’effectuer le réglage de l’azimut. Si cela vous est possible, utilisez le plateau d’un disque dur informatique hors d’usage. L’avantage est qu’il n’ y a pas de défauts de surface comme c’est souvent le cas sur un miroir en verre.

Azimut Hard Drive
Eric Gaba – Wikimedia Commons : Sting
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Après avoir réglé la force anti-skating à zéro, placez un miroir sur le plateau et posez le stylet sur le miroir. Observez la cellule de face ; la cellule et  son image dans le miroir doivent être identiques. La ligne verticale imaginaire qui passe par le diamant et son image/reflet doit être parfaitement rectiligne. S’il y a un angle, un réglage est nécessaire ; il faut pivoter la cellule jusqu’à ce que le stylet soit exactement p