Brevet FR2934090A1 — publié le 20100122

Une prise RCA (également appelé connecteur RCA ou prise Cinch ou connecteur Cinch) est un connecteur électrique très couramment (systématiquement de nos jours) utilisé dans le domaine de l'Audio et de la Vidéo. Le nom RCA provient de Radio Corporation of America. Dans de nombreuses utilisations, ce connecteur est utilisé en substitut au traditionnel jack téléphonique de l'époque des centraux téléphoniques manuels, depuis les années 1970 où les lecteurs de cassette audio compacts de salon devinrent populaires. Sur la plupart des câbles, chaque extrémité se termine par un connecteur RCA mâle. Ces prises sont constituées d'un doigt central massif (appelé aussi point chaud) entouré d'un anneau métallique (appelé aussi masse) tout aussi massif. L'anneau est souvent sous forme de sections, pour des raisons de flexibilité. Le matériau utilisé se profile souvent suivant un mélange de Cuivre et de Laiton, de Cuivre et de Béryllium, de Cuivre pur, doré à 1�m pour les plus onéreux. Entre l'anneau externe et le doigt central de la prise mâle se situe une partie remplie, en général, de plastique ou de Téflon ... Pour les plus performants. Mais, depuis le milieu des années 80, et que la recherche dans le domaine de la transmission des signaux audio et vidéo a prouvé la nécessité de concevoir des conducteurs performants afin d'améliorer la qualité sonore de tout système d'écoute musicale, certains décolleteurs ont mis sur le marché des composants nouveaux qui améliorent réellement l'écoute musicale. Ainsi, la firme allemande WBT' a commercialisé à la même époque un connecteur RCA à serrage. il fut adopté par la plupart des fabricants de câbles dédiés à la Haute Fidélité. Les atouts de cette prise furent l'adoption d'un cuivre de haute qualité et d'un serrage breveté. En fait, le seul mérite de cette réalisation est le haut degré de sa fabrication mécanique et ce sans prêter attention à aucun phénomène influençant réellement la qualité du son. Déjà et en ce qui., nous concerne dès 1994, nous avons conçu un connecteur RCA de haute qualité dont la réalisation a été confiée à la firme franco-germanique Multi-Contacta. Mais cette dernière, malgré le payement de l'intégralité de l'outillage nécessaire pour la fabrication de cette prise, ne s'est pas montrée à la hauteur de nos attentes quant à la réalisation mécanique. De fait, le projet fut abandonné. Il faut dire que l'état des connaissances scientifiques propres à ce domaine était en gestation et que les ingénieurs du son ne pouvaient en aucun cas prêter main-forte à ceux rares parmi les concepteurs de câbles dédiés à la Haute Fidélité. Ces techniciens, après avoir simplifié les formules physiques concernant le son en supprimant tous les termes négligeables en haute fréquence des égalités qui gouvernent à la transmission du son, prétendaient futile toute recherche dans ce domaine et renchérissaient que tout avait été dit et que ces nouveaux travaux relevaient essentiellement du marketing. Mais avec la mise sur le marché depuis le début du siècle de câbles pour l'Audio et la Vidéo, réalisés d'après de multiples progrès et recherches pour une meilleure compréhension des phénomènes qui régissent la transmission sonore, la même firme allemande WBT et le décolleteur ETI2 australien ont, simultanément en 2003, mis sur le marché leurs modèles Nextgen et Bullet respectivement. Leur travail est le résultat de la sensibilisation du grand public à l'importance de ce maillon jadis ignoré ou méprisé et à travers les nombreuses revues spécialisées dans le domaine de la Haute Fidélité. Mais malgré l'énorme progrès accompli quant au rendu sonore de ces réalisations, ces fabrications restent à nos yeux toujours entachées de défauts rédhibitoires dus à l'origine des seules compétences de leurs concepteurs en mécanique et à leur peu de maîtrise des phénomènes électriques régissant tout transfert de signal ou encore à la nature propre de la musique. Et si nous avons crée en 1987 notre propre entreprise de fabrication de câbles pour la transmission précise de la musique, partant des travaux du mathématicien anglais Heaveside, nous reprenons cette même formulation pour revendiquer, objet de cette demande de brevet, la création d'une prise RCA ou Cinch mâle (Voir la Fig. 1 pour le corps plastique injecté, la Fig. 2 pour les éléments conducteurs, la Fig 3 pour le corps en laiton et la Fig. 4 pour l'ensemble de la prise montée) s'affranchissant des principaux défauts des connecteurs actuels en proposant : 25 1. L'élimination totale de l'effet de peau, 2 L'élimination du champ électrique induit par le signal 3 Une meilleure adaptation d'impédance 4 Une meilleure qualité des isolants utilisés Une géométrie unique pour les points chauds et froids 30 6 Une meilleure soudabilité du câble raccordé à ces prises Précisons alors ces points. 1 L'effet de peau. On sait que tout signal électrique, en traversant un conducteur métallique, 35 se propage dans celui-ci de sa périphérie vers son centre. Le taux de pénétration est fonction de la fréquence de ce signal. Pour les signaux musicaux dont la fréquence atteint 20 Khz, ce taux est de 0,42 mm pour le Cuivre et à cette fréquence. La formule utilisée est : b = 1 /V(Fi uta) Avec la pénétration ô en mètre, la fréquence F en Hz, la perméabilité du conducteur en H/m et o la conductivité en Siemens, tout en précisant que � = 1,26 et o = 58 pour le Cuivre et par mètre. Si donc un tel signal traverse un conducteur dont le diamètre est supérieur 5 à 0,84 mm, il en résulte des pertes de signal qui se manifestent par des distorsions par intermodulation audibles qui viennent polluer le signal musical. Nous avons donc opté pour des conducteurs constitués d'un mélange Or-Argent (10%-90%) d'un diamètre de 0,80 mm. Ce mélange est le fruit de nos recherches en matière de texture sonore et qui équipent certains de nos propres 10 câbles de haut de gamme. (Fig. 2 pour les conducteurs 1 et 2). 2 L'élimination du champ électrique induit par le signal On sait aussi que tout signal électrique traversant un conducteur métallique développe un champs électromagnétique radial régi par les formules de 15 Laplace. Pour une prise RCA mâle traditionnelle, les points chaud et froid, de diamètre 3,2 et 8,3 mm respectivement, représentent donc deux belles antennes qui génèrent un champs conséquent qui vient polluer le signal musical original pour en dénaturer la texture par l'ajout de distorsion par intermodulation, en 20 opposition de phase, au signal original. De plus, la proximité de ces conducteurs, favorise la création d'une perturbation supplémentaire qui ne fait qu'aggraver l'intégrité de cette transmission. Notre expérience montre, en modifiant la prise RCA du constructeur ETI, qu'en coupant longitudinalement le point chaud sur toute sa longueur et en 25 profitant de la nature ponctuelle du contact qu'offre le point de masse, que cette rupture du champs électrique améliore grandement la transmission sonore en ce que la musique gagne en lisibilité et en dynamique. Nous ne nous sommes donc pas arrêté à cette modification, que nous aurions pu breveter, du connecteur de notre confrère ETI et nous avons voulu aller 30 plus loin encore dans l'amélioration de ce détail technologique en créant une topologie toute nouvelle pour ces conducteurs. En effet, les conducteurs 1 et 2 que nous proposons pour équiper cette nouvelle prise RCA sont de simples fils de câblages disponibles chez tous les marchands de métaux apprêtés, Leur diamètre de 0,8 mm réduit 35 considérablement ce phénomène. Aussi, la forme recourbée du conducteur central annule totalement ce champ. 3 Une meilleure adaptation d'impédance Si l'on considère que notre prise RCA peut être assimilée à un dipôle bifilaire dont le rayon des conducteurs parallèles est r = 0,4 mm et séparés de D = 4,15 mm, la formule simplifiée qui rend compte de son impédance caractéristique est Z ,= (120/Vs) x log (Dh/r2) en Q La constante diélectriques est de l'ordre de 1 car nos deux conducteurs flottent dans l'air majoritairement. Le calcul donne alors Z = 122 Q. Or vu la forme coaxiale des prises RCA disponibles sur le marché, cette impédance est simplement de l'ordre de 25 Q. Le TOS, taux d'ondes stationnaires, 10 résultant de l'utilisation de ces composants occasionne donc des pertes d'insertions conséquentes se traduisant par des pertes de niveau et de définition du message sonore résultats de ce manque d'adaptation en impédance. Ces prises sont donc totalement inadaptées lors de leur utilisation en Vidéo, aux normes AES/EBU ou encore à équiper tout câble dédié à la transmission sonore dont l'impédance est souvent supérieure à 100 Q. Nous voyons bien là que notre nouvelle prise RCA représente un progrès significatif de ce point de vue et est mieux adaptée à équiper tous les câbles existants et apte à transmettre les complexes signaux sonores et ce sans pertes. 2 4 Une meilleure qualité des isolants utilisés Il est communément admise l'origine quantique de la lumière et du son et que donc, et pour les signaux musicaux en particulier, leur transmission s'opère de molécule à molécule. Il va donc de soi que ce voyage est à pertes et qu'une quantité non négligeable d'électrons quitte les conducteurs traversés pour se 25 loger dans les isolants protecteurs. Mais ces fugitifs reviennent toujours, par décharges, au conducteur mère mais souvent en opposition de phase. La conséquence immédiate est que le son se trouve pollué et qu'une espèce de halo, clairement audible par des oreilles exercées, entoure les notes et l'espace sonore. Autrement dit, même si ce son n'est entaché d'aucune sorte de 30 distorsion, celui-ci semble entouré d'un brouillard qui en empêche une vraie définition ou lisibilité. Ce n'est par conséquent que très récemment que ces fabricants, de câbles ou de connecteurs dédiés à l'Audio ou à la Vidéo, ont pris conscience de l'importance de ce phénomène et de son importance dans la qualité du rendu 35 sonore de leurs produits. Principalement donc, le Téflon ou le polypropylène sont utilisés comme isolants suivant leur comportement en température ou la qualité souhaitée du produit final. Pour notre part et dès la création de nos premiers câbles en 1987, voir l'article technique concernant nos travaux à notre adresse Internet : www.fadelart.fr, nous avons opté pour l'air comme isolant dont la tangente de ' diélectrique ~ .= Jà '..ét •1.-d^v.C111C: r4rtot~o4_nr_.i-.luary.%�r.Y~J.+ i. cr f dont-le s Nv,rv ur r rcÿa~. cU vrc coefficient est égal 1. It était (.i. normal d'utiliser là encore cet isolant, pour notre conducteur central de la prise RCA que nous protégeons par cette demande, d'une façon encore plus poussée que nos concurrents ETI ou WBT qui profitent eux aussi de cette technologie sans en mesurer réellement l'importance. Dans ce dessein, et contrairement à ces deux précédents fabricants dont l'utilisation de l'air n'est que de l'ordre de 50 % (le restant de leurs conducteurs est 10 noyé dans un isolant dont le coefficient diélectrique est de l'ordre de 3,5), nos conducteurs principaux flottent dans l'air. Nous estimons égal à 1,2 le coefficient diélectrique résultant car nos conducteurs ne touchent le corps plastique que par les génératrices des fils en Agent-or utilisés. 15 5 Une géométrie unique pour les conducteurs Pratiquement, on utilise les prises RCA mâles pour terminer des câbles dont le diamètre actif moyen est de 6 mm. Le diamètre d'une prise RCA est de l'ordre de 9 mm. En considérant donc la formule : ÈZ = (60/ E) x AD/D, ce changement de diamètres occasionne une variation locale en Impédance de 30 Q et ce par 20 deux fois : à l'entrée et à la sortie du câble utilisé. Il en résulte donc une désaccomodation importante avec un TOS conséquent dû au fait que l'onde transmise n'est plus progressive. Il en résulte alors des distorsions par intermodulation facilement audibles. Aussi, nous ne comprenons pas pourquoi et pour deux signaux identiques, 25 celui qui traverse le point central et celui qui revient par le conducteur dit de masse, ou blindage extérieur, ces éléments sont toujours de géométries différentes et de volumes tout aussi dissemblables. II faut aussi remarquer que si notre entreprise a concentré ses efforts dans la conception d'une prise RCA mâle de tout premier ordre, notre travail a aussi 30 consisté à analyser la structure interne de la multitude de prises RCA femelles qui sont censées recevoir la nôtre. Notre travail a tenu compte de leur géométrie, surtout concernant le contact central, afin que le conducteur 1 s'y insère facilement et sans pertes. Il est clair donc que l'une des principales innovations de cette prise RCA, 35 objet de cette demande de brevet, réside dans la conception des conducteurs 1 et 2 de la Fig.4 afin d'offrir aux signaux musicaux des trajectoires strictement identiques réalisant ainsi une interface à TOS et à ROS (Structural Return Loss) proches de zéro. 6 Une meilleure soudabilité du câble raccordé à ces prises Pour un raccordement de qualité, lorsqu'il s'agit de connecter un fil à un plot métallique afin d'assurer une continuité électrique, il est bien clair que la méthode dite du Wrapping est la meilleure solution car il s'agit d'établir ce contact sans l'aide de soudure, il y a métal contre métal. On ajoute un point de soudure uniquement pour une meilleure tenue mécanique pour l'ensemble et dans le temps. Or tous les connecteurs RCA présents sur le marché actuel, pour leur partie centrale principalement, n'offrent qu'une cavité, ou fût, où le fil est simplement posé et soudé ensuite afin d'assurer la continuité électrique. Il est clair que cette façon de faire procure d'appréciables pertes de signal car le fil est seulement collé et la qualité de ce raccordement dépend essentiellement de la nature de la soudure utilisée qui ajoute une interface supplémentaire entre le fil et le corps métallique qui assure la transmission du son. En outre, cette interface supplémentaire pst souvent constituée de 38 % d'Etain, de 60 % de Plomb et de 2 % d'Argent pour les meilleures amalgames. Il est bien clair alors de ce mélange est un mauvais conducteur électrique et dégrade grandement le signal musical combien même cette soudure est parfaitement élaborée. Notre prise RCA propose alors une nouvelle manière de poser les fils de raccordement du câble à cette prise. En effet, les conducteurs 1 et 2 sont munis à leur base de crochets qui reçoivent le fil à raccorder. Il suffit alors d'y introduire le fil à connecter, de le boucler et de le pincer ; le contact électrique est alors assuré avant même la pose d'un point de soudure afin d'améliorer la tenue 25 mécanique de l'ensemble. Dans ce cas, il y a métal contre-métal et la liaison ainsi élaborée est parfaite et sans pertes. Notre entreprise envisage, au niveau de cette liaison et seulement pour les câbles qu'elle commercialise, de réaliser une soudure électrique par fusion des métaux en contact et de s'affranchir ainsi de tous les problèmes liés à cette 30 jonction. Pratiquement, la mise en oeuvre de cette prise RCA mâle, afin d'équiper à une extrémité, un câble dédié à l'Audio ou à la Vidéo, se passe en trois temps et en considérant le plan d'ensemble (Fig.4). 35 1 La préparation du connecteur Les conducteurs chaud et froid (6 et 5) sont ébauchés suivant le plan de la Fig. 2 et introduits dans leurs emplacements respectifs dans le corps principal (2) . Avec une pince plate on vient alors plier leur extrémité afin qu'ils épousent la forme proposée par le point central (1) et la base du corps principal. Cet ensemble est alors collé et vissé, deux vis (4) maintiennent ce corps (Fig.3) dans la partie (7) de ce connecteur. 2 Préparation du câble Le câble choisi est dénudé à 20 mm approximativement et préparé suivant les méthodes classiques. 3 Montage et soudage On introduit alors dans le câble la bague (9) et la bague de serrage (3). 10 On insère alors le câble dans le corps préparé comme vu en 1 et on le soude aux éléments (5) et (6). On serre alors légèrement la bague (3) ainsi que la vis (10) de la bague (9) afin de maintenir fermement le câble dans ce connecteur. L'ensemble, pour une utilisation finale, est introduit dans la prise RCA femelle et serré fermement autour de sa masse grâce à la bague (3) par un 15 mouvement de bas vers le connecteur femelle. Pour finir, si la prise USB est devenue le standard absolu pour l'utilisation de tout périphérique en Micro-informatique, la prise RCA mâle, depuis bien plus longtemps encore, est totalement incontournable dès lors qu'il s'agit de 20 l'utilisation d'un appareil pour l'enregistrement ou l'écoute de la musique, de la transmission Vidéo, que ce soit dans le domaine public ou professionnel et en nombre encore plus important que la prise USB. 25 Notes : 1- WBT-Distribution GmbH lm Teelbruch 103 45219 Essen Allemagne 30 Tel: +49 2054 87552-60 www.wbt.de 2- ETI Unit 1/905 Stanley Street East East Brisbane QLD 4169 Australie 35 Tel : +61 7 3249 2888 www.eti-research.com.au 3- Multi-Contact France SA 4, rue de l'Industrie 68220 Hesingue France 40 Tel : +33 3 8967 6570 www.multi-contact.com REVENDICATIONS1) Prise RCA mâle pour la connexion de matériel Audio ou Vidéo dont les points chaud et froid sont constitués de fils en Argent-Or de diamètre 0,8 mm et utilisant l'air comme isolant afin d'éliminer l'effet de peau et le champ électromagnétique crées dans ces conducteurs et aux fréquences transportées par ces éléments. 0 2) Prise RCA mâle selon la revendication 1 et dont la partie active est constituée d'un corps en plastique injecté, de faible coefficient de pertes. 3) Prise RCA mâle selon la revendications 1 ou la revendication 2 utilisant des conducteurs agencés de telle façon que l'impédance caractéristique présentée aux signaux électriques est de l'ordre de 122 Q . 5 4) Prise RCA mâle selon l'une quelconque des revendications précédentes et dont la partie active propose une configuration permettant aux signaux électriques d'emprunter des géométries totalement identiques. 5) Prise RCA mâle selon l'une quelconque des revendications précédentes à conducteurs filaires recourbés à leur base, permettant de câbler les 2J terminaisons du câble utilisé en le bouclant et d'ajouter un point de soudure afin d'assurer leur maintien mécanique final. 25 30 35