Brevet FR2420803A1 — publié le 19791019

L'invention concerne globalement l'amélioration de la qualité du signal d'entrée d'une chaîne à haute fidélité par l'amélioration des éléments mécaniques concernant la linéarité électro-mécanique de la chaîne. L'invention concerne plus particulièrement un bras de lecture perfectionné pour platine tourne-disque, et notamment un dispositif perfectionné à paliers utilisé avec un tel bras. Le bras et la table de lecture constituent peut être les deux maillons d'une chaîne à haute fidélité sur lesquels ont le moins porté des mesures des sons et des études de qualité. L'étude de ces éléments a non seulement conduit b la réalisation d'un bras de lecture très perfectionné comme décrit ci-après, mais à également montré l'importance des élé mentis mécaniques dans la qualité des sonsJet eten particulier le retard des méthodes de mesure et des critères dont il est tenu compte dans la conception des bras dans l'art antérieur. Le problème le plus important à résoudre lors de la conception d'un bras de lecture moderne concerne le signal mécanique inévitable de sortie apparaissant à la face de montage de la cellule de lecture. Toute résonance engendrée dans le bras de lecture, qui est excité par cette énergie, entraîne une coloration ou une altération indésirable du signal électrique de sortie de la cellule. Le bras de lecture idéal doit transmettre cette énergie directement à sa plaque de montage afin que cette énergie soit traitée par l'impédance de masse de la structure de la platine. Le bras idéal de lecture ne doit donc pas avoir de résonance dans la gamme des fréquences audibles (de 20 à 20.000 Hz). Une analyse de la chaîne mécanique d'entrée montre qu'une résonance aux basses fréquences de l'ensemble bras-cellule élimine pas totalement l'énergie transmise au corps de la cellule et, par conséquent, au bras de lecture. Dans la transmission électrique en sortie du signal d'entrée produit par la cellule, il est apparu que le corps de la cellule "per çoit" un grand nombre de vibrations aux basses fréquences (toutes élevées par égalisation "RIAA" Record Industry Association of America" ] ), la plupart de ces vibrations étant transmises au signal réel sous la forme de bandes latérales modulées en amplitude ou en fréquence, b des niveaux très élevés. Il apparaIt donc que les vibrations d'entrée du corps de la cellule par fréquence, modifiées par la résonance du bras, altèrent les sons de manière très importante.Par conséquent, l'un des problèmes principaux à résoudre lors de la conception d'un bras de lecture est le contrôle de ces résonances qui apparaissent lorsque des vibrations, transmises au corps de la cellule puis progressant, traversent un mécanisme suffisamment flexible pour résonner à des fréquences audibles. On a tenté de résoudre le problème des résonances multiples en essayant de découpler totalement la cellule de la partie restante du bras en un certain point de la chaîne. Cependant, à la fréquence de résonance du découplage, la cellule perçoit une vibration sensiblement accrue. De plus, au-dessus de la fréquence de découplage, la cellule n'est plus connectée ce qui a pour effet de la décharger et de la libérer du contrôle du bras. Plus la cellule se déplace, moins elle est apte à capter les fréquences élevées, et les résonances ainsi créées engendrent des bandes latérales gênantes qui altèrent les sons et élèvent même le niveau effectif des bruits. Une autre forme de découplage est illustrée par la conception dite "à niveau unique". Bien que d'un faible coût et présentant une excellente stabilité longitudinale (ce qui est très important), cette conception présente un effet secondaire malheureux, à savoir que, lorsque l'on considère le bras par l'avant de la cellule, la partie mobile constitue un pendule qui possède un moment d'équilibre (pesanteur) et une masse, et donc une fréquence de résonance, de sorte que ce découplage à basse fréquence affecte toute approche du mouvement latéral au niveau de la pointe de lecture.La seule solution à ce problème consiste à amortir les mouvements dans ce plan ce qui ne constitue en aucun cas une solution totale, car, en fait, si cette solution est poussée à l'extrême comme cela est nécessaire, cet amortissement nuit à la transmission des vibrations dans le bras (étant donné qu'une résonance amortie présente un facteur Q inférieur, mais un facteur de transmission supérieur, au-dessus de la résonance). En ce qui concerne toujours le découplage, il est intéressant de noter que pratiquement tous les systèmes de paliers présentent d'autres types de défauts, le plus souvent concernant le jeu libre. Des bagues à billes soumises à la force de ressorts, par exemple, doivent présenter des alésages ayant un certain jeu (afin que le ressort puisse travailler) et les meilleures tolérances commerciales à cet effet, associées à la tolérance de diamètre nécessaire du palier, permettent l'obtention d'un jeu libre d'un niveau plus qu'acceptable. De même, un palier à couteau et rainure en'V" complémentaires est pratiquement impossible à réaliser sans mouvement longitudinal à l'échelle demandée. Des paliers à rubis et à billes, réglés à la main, présentent des problèmes qui leur sont propres. L'équilibre entre le frottement et le jeu libre, avec une tolérance ajustée dans l'échelle de précision nécessaire, ne convient pas à des applications commerciales et, même au bout d'un temps très important passé pour le réglage de ces types de paliers, ceci ne constitue pas un système d'appui ayant une rigidité suffisante et manquant de jeu. On a également considéré comme très important dans l'art antérieur, pour la conception des bras de lecture, d'utiliser des matériåux ayant un rapport résistance/poids élevé. Des études montrent de manière évidente que la raideur plus que la résistance constitue le facteur important à considérer pour la transmission de l'énergie vibratoire. Compte tenu des négligences mentionnées précédemment et concernant la chaîne mécanique d'entrée des ensembles à bras de lecture, et en considérant le signal d'entrée par rapport à la musique, ce signal étant un signal complexe, à bande large, riche en transitoires, il apparaît que toute résonance excitée dans le bras de lecture entraîne une perte du contrôle de la cellule et, par conséquent, une coloration ou une altération du signal d'entrée et donc du signal de sortie ou du son. L'invention apporte donc des perfectionnements à la chaîne mécanique d'entrée d'un ensemble à haute fidélité afin de conférer à ce dernier une transmission d'énergie mécanique et donc électrique supérieure. L'invention permet d'éliminer les défauts indiqués précédemment et affectant les mécanismes de l'art antérieur, par la mise en oeuvre d'un ensemble à bras de lecture dans lequel les résonances du bras sont contrôlées et dans lequel également les vibrations, perçues par la cellule, sont sensiblement réduites. L'ensemble selon l'invention est d'une rigidité convenable et ne présente pratiquement aucun jeu, tout en fonctionnant sans frottement excessif. Le bras de lecture selon l'invention est conçu de manière à avoir un rapport raideur/poids relativement élevé, et il est également conçu de manière que l'élément résonant principal, à savoir le tube constituant le bras, ait une fréquence de résonance aussi basse que possible. On contrôle le comportement en résonance du bras selon l'invention en l'équipant d'un système de palier rigide, ayant une caractéristique de transmission d'énergie supérieure et constituant un pivot d'une grande rigidité, l'énergie vibratoire du bras de lecture étant transmise de manière contrôlée à l'embase de la platine. L'invention concerne donc un bras rigide de lecture sans jeu libre, conçu pour résoudre les problèmes soulevés par l'énergie vibratoire et, par conséquent, pour améliorer sensiblement le signal d'entrée d'une chaîne à haute fidélité. L'excellente transmission d'énergie assurée par le bras de lecture selon l'invention est obtenue par l'utilisation d'une chaîne mécanique d'entrée perfectionnée comprenant un bloc de montage d'une cellule phonocaptrice, fixé au bras qui, luimême, est fixé dans une embase comportant des paliers qui permettent les mouvements horizontaux et verticaux de ce bras, l'embase étant fixée au bâti de la platine. L'invention concerne également un nouveau moyen de montage d'une cellule phonocaptrice sur l'extrémité d'un bras de lecture. Selon l'invention, l'extrémité libre du bras comporte un bloc de montage ou autre assurant une excellente transmission d'énergie avec le tube constitutif du bras et formant ainsi une interface rigide avec ce tube tout en constituant une masse rigide sur laquelle la cellule est montée . Dans une forme préférée de réalisation selon l'invention, la cellule phonocaptrice est disposée au-dessous du bloc de montage et elle est donc portée au-dessous du niveau du bras, contrairement aux montages classiques dans lesquels la cellule est fixée directement sur l'extrémité du bras de lecture, de manière à se trouver sensiblement au niveau de ce dernier. En progressant le long de la chaîne mécanique d'entrée, on trouve, à l'autre extrémité du tube constitutif du bras, une embase à paliers à laquelle ce tube est fixé rigidement et qui elle-même suffisamment rigide pour assurer une transmission d'énergie idéale entre le bras et l'ensemble de paliers. Cet ensemble comprend deux jeux de paliers permettant au bras de se déplacer verticalement et horizontalement. Chaque jeu de paliers comprend deux roulements à billes jumelés et usinés de manière que les billes et les bagues soient soumises une charge préalable ou précharge lorsque les bagues intérieures sont appliquées l'une contre l'autre. Cette précharge est déterminée par les dimensions des roulements et elle doit être réglée avec soin.Une précharge trop importante a pour effet de donner au couple de mise en mouvement de l'ensemble une valeur telle qu'il en résulte une erreur de piste de la cellule, alors qu'une précharge trop faible affecte la rigidité. Chaque jeu de roulements jumelés forme donc, dans les tolérances de frottement convenant à la cellule, un pivot de grande rigidité, pouvant être considéré comme négligeable ou infiniment rigide par rapport au bras, ce système étant lui-même fixé rigidement sur l'ensemble de paliers permettant les mouvements verticaux du bras et monté de la même manière dans un élément assurant une excellente transmission d'énergie et fixé ou bridé dans le socle de la platine. L'invention concerne donc un ensemble à bras de lecture comprenant un bras dont une extrémité de pivotement est montée dans une embase de support qui, elle-même, est montée de manière à pouvoir tourner sur un axe lui-même pouvant tou rillonnerparrapportàun élément de base. Chacun de ces montages articulés comprend deux roulements jumelés, fabriqués de manière que le boulon ou le goujon passant dans les deux bagues intérieures de chaque ensemble tire ces bagues l'une contre l'autre afin de les soumettre à une précharge déterminée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le bras de lecture comporte un amortisseur a'fluide situé à proximité de son extrémité de pivotement et comprenant un doigt d'amortissement qui part de l'embase de support du bras et qui pénètre dans une rainure courbe, contenant un bain de liquide visqueux et située à un rayon prédéterminé de l'axe de pivotement du tube constituant le bras. Etant donné qu'il existe dans le bras une masse qui repose sur la souplesse de la cellule, on obtient un système résonnant à masse suspendue. L'amortissement propre à la cellule est destiné à limiter l'inertie de la-masse du style de lecture mais non celle de la masse de 1' ensemble formé par le bras et la cellule. Le contrôle de cette dernière inertie a pour effet de neutraliser celui de la première. Pour contrôler cette masse, il est nécessaire de mettre en oeuvre un certain type d'amortissement.L'utilisation d'un fluide visqueux permet d'obtenir un amortissement sensible à la vitesse, ce qui est nécessaire pour ne pas limiter les mouvements à-basse fréquence nécessaires au maintien de la cellule en position centrée au-dessus du sillon (ceci étant également nécessaire pour maintenir la suspension de la cellule et les circuits électroniques dans leur plage linéaire). Pour la même raison, il est nécessaire de régler l'amplitude de l'amortissement au degré demandé, car il est avantageux que l'amortissement ait lieu à une certaine distance convenable du pivot. Le dispositif d'amortissement doit être fermement relié à la structure afin d'être efficace envers les déplacements se produisant pas à pas dans sa plage de fonctionnement. Il est aisé de déterminer la plage de réglage possible en jouant sur la viscosité du fluide, la forme et la dimension du doigts ou de la palette, et sa profondeur de pénétration dans le liquide. Le bras de lecture selon l'invention comprend également un lève-bras amorti, comportant un élément qui se présente sous la forme d'une bande et qui constitue un plateau destiné à lever le bras. Cet élément présente également une encoche de repérage destinée à recevoir le bras, et il comporte un tronçon extrême en forme de crochet, constituant une pince de retenue du tube du bras en position. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels - la figure 1A est une élévation partielle montrant le montage d'une cartouche phonocaptrice sur le tube du bras de lecture selon l'invention; - la figure 1B est une vue en plan du montage montré sur la figure lA; - la figure 1C est une vue partielle en perspective du montage montré sur les figures 1A et 1B; - la figure 2 est une coupe transversale de l'ensemble à paliers au moyen desquels 1'embase du bras tubulaire repose sur une colonne; - les figures 3A et 3B sont respectivement une vue en perspective et une élévation du lève-bras, ces vues montrant l'encoche de repérage et la pince du lève-bras; - la figure 4 est une élévation partielle du bras selon l'invention; et - la figure 5 est une vue partielle en plan du bras selon l'invention. Les figures lA,lB,lC,4et Sreprésentent une forme préférée deréalisation de l'ensemble 1' à bras 10 de lecture selon l'invention. Ce bras 10 comprend un tube en aluminium. Le bras 10 de lecture selon l'invention est de préférence réalisé sous la forme d'un élément tubulaire métallique. Cependant, il est possible d'utiliser toute autre matière ayant un bon rapport raideur/poids. Une extrémité du bras 10 de l'ensemble selon l'invention comporte un bloc 12 de montage en aluminium, incliné sur l'axe général du tube 10 et contenant l'extrémité de ce dernier. Ce bloc 12 de montage est avantageusement réalisé dans une matière solide et rigide. Une cellule phonocaptrice 14 est destinée à être montée au-dessous du bloc 12 auquel elle est fixée rigidement, par exemple par deux vis 16 s'élevant dans le bloc 12. Ainsi, la cellule 14 est montée à un niveau sensiblement inférieur au niveau général du bras 10, l'ensemble formé par la cellule, le bloc de montage et le bras de lecture présentant une excellente caractéristique de transmission d'énergie. Les figures 2, 4 et 5 représentent en détail comment l'autre extrémité du tube du bras 10 est montée. Cette extrémité du bras 10 est logée et fixée rigidement dans une embase 18 de support dans laquelle le tube est maintenu fixement par un boulon 19 (figure 2). Cette embase est réalisée en aluminium, bien qu'elle puisse être réalisée dans toute autre matière rigide, afin que l'embase 18 soit infiniment rigide par rapport au bras 10. L'ensemble à bras de lecture décrit jusqu' présent est fixé rigidement sur un socle 15 au moyen d'une colonne verticale 20 en acier réalisée d'une seule pièce avec le socle 15. Un élément intermédiaire 22 de liaison, réalisé en aluminiumrrelie la colonne verticale 20 à l'embase 18 de support du bras.L'élément intermédiaire 22 de liaison comporte un axe 24 qui fait saillie vers le bas et qui, dans la forme de réalisation préférée, se présente sous la forme d'un goujon dont un tronçon fileté reçoit un écrou 24A maintenant les bagues intérieures des paliers et fixant ces derniers à l'élément intermédiaire 22. Celui-ci comporte également un axe horizontal 26 en saillie qui, dans la forme de réalisation préférée, comprend également un goujon portant un écrou 26A. Ce dernier et le goujon 26 assument les mêmes fonctions que l'écrou 24A et le goujon 24-décrits ci-dessus. Un premier palier 28 supporte le goujon vertical 24 coaxialement à l'intérieur de l'extrémité supérieure de la colonne verticale 20 et un second palier 30 supporte -le goujon horizontal 26 coaxialement à l'intérieur d'un bras 32 faisant saillie de l'embase 18 de support du tube. Chacun des paliers 28 et 30 est constitué de deux roulements à billes jumelés, à gorges profondes, disposés dos à dos et soumis à une charge préalable ou précharge. Dans la forme préférée de réalisation décrite, cette précharge est de 2,2 N et les paliers sont montés dans leurs logements respectifs au moyen d'adhésifs ou, en variante, par serrage axial des bagues extérieures. Comme indiqué précédemment, cet ensemble de paliers présente des avantages importants par rapport aux montages classiques à pivot. Les figures 4 et 5 représentent en détail le dispositif d'amortissement à fluide du bras selon l'invention. L'embase 18 de support représentée comporte une tige filetée 34 qui porte un contrepoids 36. La colonne 20 comporte à son extrémité supérieure une pièce 28 qui fait saillie latéralement et qui est configurée de manière à présenter une rainure courbe 40 pouvant être remplie d'un liquide visqueux. Un doigt 42 d'amortissement plonge par une extrémité dans le liquide contenu dans la rainure 40 et il est fixé par son autre extrémité à l'extrémité du bras 32 faisant saillie de l'embase 18 de support. Le doigt 42 d'amortissement est de préférence constitué par un fil métallique d'une certaine longueur, par exemple de section cylindrique, plié sous un angle convenable de manière plonger dans le liquide d'amortissement.Ce doigt 42 damor- tissement est destiné à résister aux effets de toute force extérieure exercée sur le tube 10 et risquant de provoquer un mouvement rapide de ce dernier dans le plan horizontal. Le doigt comporte également un tronçon horizontal (figures3Aet3B) assurant un certain effetd'amortissement dans le plan vertical. La viscosité du liquide contenu dans la rainure 40 oppose une résistance àde tels mouvements. Cependant, le doigt 42 n'affecte pas le mouvement normal du bras suivant le sillon d'un disque mis en rotation par la platine sur laquelle ce bras est monté. Les figures 3A et 3B représentent un lève-bras 44 au moyen duquel le bras 10 peut être soulevé et peut pivoter. Ce lève-bras comprend une bande de matière flexible dont une extrémité est recourbée sur elle-me-me pour former une pince 46 de retenue du bras. Le lève-bras présente également une encoche 48 de repérage constituée par un coude de forme en U formé dans la bande. Un dispositif 50 de levage amorti du bras est de préférence relié au lève-bras 44. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'ensemble à bras de lecture décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. Les différents élé mentis représentés sur les figures peuvent être utilisés seuls ou en combinaison avec le bras de lecture. De plus, les mesures effectuées à l'accéléromètre (de préférence sur le corps de la cellule) ont confirmé la supériorité des caractéristiques de transmission d'énergie du bras selon l'invention, ces mesures étant rapportées à la vitesse par une intégration de 6 dB/octave sur cette courbe. REVENDICATIONS 1. Ensemble à bras de lecture pour platine tournedisque, permettant à une cellule phonocaptrice de suivre le sillon d'un disque, et monté sur un socle, cet ensemble étant caractérisé en ce qu'il comporte un bras de lecture et des premier et second ensembles de paliers au moyen desquels le bras est monté de manière à pouvoir pivoter dans l'ensemble, ce dernier étant lui-même monté sur le socle, chacun des ensembles de paliers comprenant deux roulements jumelés, montés dos à dos et soumis à une précharge choisie, de manière à donner à lten- semble à bras de lecture d'excellentes caractéristiques mécaniques et électriques de transmission d'énergie. 2. Ensemble à bras de lecture selon la revendication 1, caractérisé en ce que le socle comporte une pièce qui fait saillie latéralement et qui présente une rainure contenant un liquide visqueux, un doigt d'amortissement, réalisé d'une seule pièce avec l'ensemble, pouvant se déplacer dans le liquide visqueux contenu dans la rainure courbe, afin de résister à tout effet extérieur sur l'ensemble à bras sans s'opposer aux mouvements exécutés par ce dernier pour suivre le sillon d'un disque. 3. Ensemble à bras de lecture selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bras comporte deux tronçons extrêmes, une embase de support solidarisée à un premier palier un premier tronçon extrême du bras étant solidarisé à l'embase de support, un bloc de montage étant fixé sur le tronçon extreme du bras opposé à celui relié à l'embase de support, de manière à permettre le montage d'une cellule phonocaptrice. 4. Ensemble à bras de lecture selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un élément intermédiaire de liaison monté dans les premier et second ensembles de paliers, de manière que le premier ensemble de paliers permette au bras de tourner par rapport à l'élément intermédiaire de liaison, et que le second ensemble de paliers permette à l'élément intermédiaire de liaison de tourner dans le socle.