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PERFECTIONNEMENT AUX DISQUES DE PHONOGRAPHE.
La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux dis- ques de phonographe et plus particulièrement aux caractéristiques du sillon sonore y compris les modulations de son'qui s'y trouvent enregistrées.
Dans le passé, pratiquement tous les disques de phonographe pour particuliers étaient prévus pour être joués sur un tourne-disque à 78 tours/ minute.' Cette vitesse était nécessaire à cause des limitations antérieures dans le rayon minimum de la pointe aussi bien du stylet enregistreur que de l'aiguille de reproduction et pour d'autres causes telles que le bruit de frottement dû à la présence de matières de charge dans les disques de type courant.
Des disques pour la transcription en broadcasting et plus récem- ment certains disques pour particuliers ont été réalisés cependant pour une vitesse de 33 1/3 tours/minute. Ces derniers ont un sillon sonore très étroit dont la largeur supérieure est d'environ 0,003 pouce (env. 0,075 mm) et qui est connu sous le nom de "microsillon", pouvant être joués avec une aiguille dont le rayon de pointe n'est que de 0,001 pouce (env. 0,025 mm) et qui est portée par un bras très léger.
Un des avantages de la vitesse de 33 1/3 tours/minute et d'un sil- lon très étroit réside en ce que le temps de reproduction est considérablement allongé avec des disques courants de 10 ou 12 pouces (env. 25 à 30 cm), ce qui représente une sérieu se économie de pressage et de matière pour les lon- gues sélections telles que des symphonies complètes.
A l'expérience, la vitesse de 33 1/3 tours/minute a décelé divers inconvénients. Certains de ceux-ci sont dus au fait qu'avec tout disque de phonographe à vitesse de rotation constante, chaque spire du sillon a une cir- conférence de plus en plus petite, en se rapprochant du centre du disque.
La vitesse linéaire du sillon tombe donc de plus en plus par rapport à l'ai- guille de reproduction jusqu'à un point où les modulations du son deviennent si courtes en longueur par rapport à leur amplitude, que l'aiguille de repro- duction est incapable de suivre fidèlement les modulations de l'enregistrement.
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Plus le niveau d'enregistrement est élevé, plus grande est l'am - plitude des modulations de son apparaissant dans le sillon sonore. L'aiguil- le de reproduction doit être capable de vibrer dans un sens latéral ou verti- cal (suivant le cas) à une vitesse suffisante pour suivre fidèlement les mo- dulations, si l'on ne veut pas avoir de distorsions du son dans le haut-par- leur. L'expérience a montré que pour une aiguille d'un rayon donné, il y a une vitesse de vibration limite dans le sens latéral ou vertical. Cette vi- tesse limite peut être dépassée quand la vitesse du sillon devient trop fai- ble et que les modulations de son deviennent donc trop courtes en longueur par rapport à leur amplitude.
Quoique dans le passé divers.chercheurs aient reconnu que la dis- torsion dans la reproduction des disques de phonographe était due, en partie, %'de la distorsion de sillon de l'aiguille de reproduction, il était fort dif- ficile de mesurer cette distorsion de manière précise et concordant avec les résultats d'auditions d'essai pratiques.
De plus loin de lui donner une solution ce problème n'a même pas été soulevé par plusieurs des chercheurs qui ont proposé des types différents de disques de phonographe à sillons plus étroits et plus rapprochés pouvant tourner à des vitesses plus lentes afin d'obtenir de plus longues sélections sur une face d'un disque de dix ou de douze pouces.
Or,on a réussi maintenant à mesurer avec succès la distorsion due à des vitesses de sillon faibles et à comparer ces résultats au degré de distorsion auquel l'oreille humaine moyenne est sensible. En se basant sur ces mesures, on a pu établir un disque de phonographe perfectionné dans lequel le sillon sonore est soumis à certaines exigences qui ont été trouvées néces- saires pour obtenir une haute qualité d'enregistrement de la musique ou de la parole.
Plus particulièrement, un disque de phonographe perfectionné a été élaboré dont-le sillon sonore peut avoir une vitesse de jeu minimum qui est fonction de plusieurs paramètres différents tels que le rayon de l'aiguil- le de reproduction, le niveau d'enregistrement, et une valeur limite particu-- lière d'intermodulation de certaines fréquences basses et élevées choisies.
On peut construire des disques de phonographe donnant une reproduction sonore tout-à-fait sans distorsion sur toute la surface d'enregistrement, en se con- formant aux données de la présente invention'.
Les buts de l'invention sont de procurer : un enregistrement phonographique perfectionné ayant sur toute la surface d'enregistrement une,: reproduction de son pratiquement sans distorsion; un nouvel enregistrement phonographique perfectionné quant au sil- lon sonore; un disque de phonographe perfectionné offrant une reproduction sonore pratiquement sans distorsion sur toute la surface d'enregistrement, tout en ayant un diamètre plus petit que les disques normaux à 78 tours/minu- te pour la même durée,de reproduction.
Ces buts et d'autres ressortiront clairement de la description donnée ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est un schéma de connexions d'un appareil pouvant ser- vir à la mesure de la distorsion due à de l'intermodulation de hautes et bas- ses fréquences dans un enregistrement sonore.
La figure 2 est un graphique montrant comment la vitesse su sil- lon varie avec le diamètre du sillon, pour diverses vitesses de rotation du tourne-disque.
La figure 3 est'un graphique donnant, au moyen de deux courbes, une comparaison, à 33 1/3 et 45 tours/minute, de l'intermodulation en fonction du diamètre du sillon, en utilisant une aiguille de reproduction ayant un rayon de pointe d'un millième de pouce (env. 0,025 mm) et un niveau d'enregistrement (vitesse de l'aiguille) de 5:55 pouces/seconde (env. 13 cm/sec.)
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La figure 4 est une vue en plan d'un disque type, représentant une forme d'exécution de l'invention, et
La figure 5 est une vue partielle en coupe d'un disque montrant un seul sillon sonore et une aiguille dans le sillon.
Des auditions méticuleuses de disques courants de 10 et 12 pouces de diamètre et d'enregistrements à sillons étroits à 33 1/3 tours/minute ont fait ressortir qu'il y a toujours de la distorsion de son dans une grande par- tie- de la surface d'enregistrement voisine de la spire la plus intérieure, si on utilise toute ou presque toute la surface du disque en dehors de l'éti- quette. Il y a longtemps que l'on sait que cette distorsion est due à la di- minution de la vitesse linéaire du sillon qui est elle-même causée par le fait que le-s tourne-disques tournent à un nombre constant de tours par minute.
Il s'ensuit que la vitesse linéaire du sillon diminue de manière continue au fur et à mesure que l'aiguille de reproduction s'approche du centre du disque jusqu'au moment¯où la vitesse linéaire du sillon est si faible que les modu- lations de son'sont -trop courtes en longueur par rapport à leurs amplitudes et que l'aiguille de reproduction n'est plus capable de suivre les modulations de son dans le sillon avec une fidélité suffisante. Un remède évident consis- te à n'utiliser que-la partie extérieure de la surface d'enregistrement et c'est ce que l'on fait en pratique chaque fois que cela est possible dans les transcriptions de broadcasting. Ce remède n'est cependant pas praticable pour des disques de phonographe ordinaires car ou bien les disques deviendraient trop encombrants ou les sélections serait trop courtes.
Ceci ressortira plus clairement de données communiquées plus loin.
Conformément à la présente invention il est possible de résoudre le problème de la production d'enregistrements pratiquement sans distorsion, sans obtenir des produits coûteux. Pour y arriver, il a d'abord fallu choi- sir un procédé de mesure de la distorsion qui correspond aux essais d'audition.
Un procédé satisfaisant est le.procédé de mesure de distorsion à double fré- quence proposé pour l'essai de l'enregistrement de films sonores par J.G. Frayne et R. R. Scoville "Analyses et mesures de la distorsion dans les enregistrements à densité variable" J. Soc. Mot. Pict. Eng., Volume 32 (Juin 1939) page 648.
Ce procédé est aussi dénommé : mesure de la distorsion par le procédé d'inter- modulation.
Dans ce procédé, deux fréquences, de préférence une basse et une élevée, sont combinées dans un circuit linéaire pour former le signal d'essai.
On a d'habitude la fréquence élevée à 12 db en-dessous du niveau de la fréquen- ce basse, et ce niveau est maintenu pour tous les essais* En utilisant ce procédé (comme indiqué à la figure 1), les deux fréquences sont délivrées à un mélangeur 2 et le 'signal combiné est appliqué à l'appareil à essayer 4.
La sortie de l'appareil est délivrée à un analyseur qui consiste en un filtre passe-haut 6 qui supprime la composante à fréquence basse et ne laisse passer que la fréquence élevée et les fréquences latérales qui sont produites en cas de non-linéarité de l'appareil. Le signal transmis qui contient alors la por- teuse modulée de 4.000 cycles est amplifié dans un amplificateur approprié 8 et redressé dans un détecteur 10, le courant redressé étant mesuré au moyen d'un appareil de mesure 12 afin d?évaluer l'amplitude de la porteuse haute fréquence. La porteuse de 4.000 cycles est supprimée par un filtre passe-bas 14 et la modulation est mesurée par un voltmètre.16 et exprimée en pour cent de l'amplitude de la porteuse haute fréquence.
L'expérience a montré que les meilleures fréquences d'essai sont 400 et 4.000 cycles. D'autres combinaisons ont été essayées mais les résul- tats'ne concordent pas aussi bien avec les résultats d'auditions d'essai.
Des recherches théoriques ont été faites comprenant des calculs basés sur le travail de Lewis et Hunt, tel qu'il est décrit dans leur article "Une Théorie de la distorsion de sillon dans la reproduction'sonore par dis- ques de phonographe "J. Acoust. Soc. Amer., Volume 12 (Janvier 194l) pages 348-365. Certains résultats de ces calculs sont représentés à la figure 3.
Les résultats de ces calculs seront mieux compris, en se repor- tant d'abord à la figure 2. Celle-ci est un graphique qui montre comment la
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vitesse du sillon varie avec le diamètre du sillon pour trois vitesses de ro- tation différentes en tours par minute. "Vitesse de sillon" signifie la vi- tesse linéaire du sillon par rapport à un point fixe tel que l'aiguille de reproduction. On voit facilement que la vitesse du sillon est une fonction du diamètre du sillon et de la vitesse de rotation du tourne-disque en tours' par minute. Pour montrer la corrélation entre la vitesse de sillon et le dia- mètre d'enregistrement, trois lignes inclinées sont dessinées correspondant chacune à une des vitesses 33 1/3, 45 et 78 t/m.
On peut représenter de même n'importe 'quelle' autre ligne correspondant à une vitesse quelconque, les trois vitesses choisies étant données à titre de comparaison seulement. On peut, pour n'importe quels tours/minute choisis à titre d'exemple, trouver la vites- se de sillon en notant le point des abscisses où une horizontale correspondant au diamètre d'enregistrement choisi coupe la ligne inclinée correspondant à la vitesse en t/m du tourne-disque.
A l'opposé de l'expression "vitesse de sillon", on peut utiliser l'expression vitesse ou niveau d'enregistrement " pour désigner la vitesse de sillon latérale ou verticale due à l'action du stylet qui a enregistré à l'origine le son dans le disque. Elle est une fonction de l'amplitude et de la fréquence du signal enregistré.
La distorsion de son détectée par l'oreille humaine est due à la distorsion de sillon-parce que l'aiguille de reproduction est incapable de suivre fidèlement la modulation dans le sillon sonore. L'expérience a montré que les mesures d'intermodulation peuvent servir à mesurer la distorsion de sillon et que ces mesures ont une relation intéressante avec les impressions subjectives de l'oreille humaine quant à la distorsion.
La figure 3 donne les résultats de calcul de l'intermodulation par la méthode de Lewis et Hunt pour un niveau d'enregistrement de 5,55 pou- ces par seconde et une aiguille ayant un rayon de pointe d'un millième de pouce. A titre de'comparaison, des courbes sont données pour des vitesses de tourne-disque de 33 1/3 et 45 t/m, la courbe A correspondant à la première vitesse et la courbe B à la dernière. Des essais pratiques ont donné des cour- bes différant tellement peu des courbes théoriques, que les différences pèu- vent être négligées.
Des essais d'audition dans une gamme très étendue par des person- nes habituées à entendre des programmes de studio directs ont montré que dix pour cent d'intermodulation, avec des fréquences d'essai de 400 et 4.000 cy- cles, est une bonne limite pratique. En-dessous de dix pour cent, la distor- sion ne se décèle pas facilement à moins de comparer directement la sélection enregistrée. Pour des modulations de son enregistrées sur un disque de pho- nographe avec une intermodulation supérieure à 10 %, là distorsion est suffi- sante pour être facilement reconnue par l'auditeur.
La courbe A de la figure 3 montre qu'avec une aiguille de repro- duction ayant un rayon de pointe d'un millième de pouce et une vitesse de tour- ne-disque de 33 1/3 t/m, le diamètre minimum du sillon sonore sera d'environ 6,6 pouces (env. 16,5 mm). Le graphique de la figure 2 montre que cela cor- respond à une vitesse de sillon d'environ 11,5 pouces/seconde (env. 28 cm/sec.).
Ces chiffres correspondent à une intermodulation maximum admissible de 10 pour cent. Si le diamètre minimum de sillon descend en-dessous de 6,6 pouces, l'in- termodulatojn augmente rapidement. Comme le montre le graphique de la figure 3, pour une vitesse de tourne-disque de 33 1/3 t/m, l'intermodulation sera de 20% avec un diamètre de sillon de 5,7 pouces (env. 14 cm. )
La courbe B de la figure 3 montre que pour une vitesse de tourne- disque de 45 t/m, le diamètre minimum de sillon est d'environ 4,9 pouces (env.
12 cm), pour une intermodulation de dix pour cent. Suivant le graphique de la figure 2, cela correspond aussi à une vitesse de sillon d'environ 11,5 pou- ces/sec..
La comparaison ci-dessus a été faite pour montrer un avantage de la vitesse de 45 t/m pour les disques de phonographe pour particuliers. Com- me l'expérience a montré que l'intermodulation doit être maintenue en-dessous de 10% pour ne pas avoir de déformations sonores dues à la distorsion de
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sillon de l'aiguille suffisantes pour être décelées par l'oreille humaine, il faudra donc réaliser les disques de phonographe sans perdre ce but dé vue.
Avec une vitesse de rotation de 33 1/3 t/m, par exemple, les disques devront être beaucoup plus grands que ceux prévus pour une vitesse de 45 t/m, si la limite admissible de distorsion de sillon ne peut pas être dépassée sur une grande partie de la surface de disque.
Avec des vitesses supérieures à 45 t/m, 78 t/m par exemple, lés sillons peuvent se rapprocher beaucoup plus du centre du disque, mais cet a- vantage est annihilé à cause d'autres considérations. A 45 t/m, on peut uti- liser un changeur automatique de construction simple, dans lequel le bras de pick-up passe du sillon le plus intérieur au bord extérieur du disque suivant à jouer, exactement en un tour du tourne-disque. A des vitesses nettement supérieures à 45 t/m, l'inertie du bras de pick-up le plus léger est trop gran- de pour que cela puisse se faire. Par conséquent avec des vitesses de tourne- disque plus élevées, la construction d'un changeur automatique est rendue plus compliquée par des engrenages réducteurs.
La façon de trouver, conformément à la présente invention, la vi- tesse de sillon minima sera expliquée maintenant plus en détail.
En partant des équations de Lewis et Hunt données dans l'article précité, on peut démontrer que le pour cent d'intermodulation peut être expri- mé par : (1) % intermodulation =
EMI5.1
Où 1.(1' = vitesse d'enregistrement (niveau d'enregistrement) de la fréquence basse.
U 2 = vitesse d'enregistrement (niveau d'enregistrement) de la fréquence élevée- f1 = 400 p. (env. 10 m.) p.s., fréquence basse pour essai d'intermodula- tion. f2 = 4.000 p. (env. 100 m) p.s., fréquence élevée pour essai d'intermo- dulation r = rayon de pointe de l'aiguille de reproduction v .= vitesse de sillon minima Siu f1 f sont des constantes, l'équation (1) devient :
EMI5.2
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EMI6.1
C'est à dire que si la vitesse enregistrée aux fréquences basse et élevée et les fréquences d'essai sont des constantes connues, la vitesse de sillon minimum admissible d'un disque de phonographe est une fonction du rayon de pointe de l'aiguille et du puent d'intermodulation maximum admissi- ble suivant l'équation (3) ci-dessus.
Suit un calcul d'une forme d'exécution préférée de l'invention
Soit ul = 4,44 pouces/sec. (env. 115 mm/sec.) u2 = 1.,Il pouce/sec (env. 2,8 mm/sec.) f1 400 p.p.s. (env. 10 m/sec.) f2 = 4.000 p.p.s. (env, 100 m/sec.) et r = 1,0 x 10-3 pouce = 1 millième de pouce (env. 0,025 mm) Alors
EMI6.2
EMI6.3
Quand IM = 10 %,
EMI6.4
= 11,5 pouces/sec. (envo 28 cm/sec.)
Suivant le graphique de'la figure 2, cela correspond à un diamè- tre de sillon de 4,9 pouces (env. 12 cm/sec. ) quand la vitesse du tourne-- disque est de 45 t/m.
Pour obtenir les meilleures qualités de reproduction sonore, il faut tenir compte d'autres facteurs aussi concernant la pointe de l'aiguille et la forme du sillon sonore. Par exemple la pointe de l'aiguille ne peut pas venir poser sur le fond du sillon sonore ou trop haut contre les parois.
Si la pointe touche le fond du sillon, elle peut "brouter" et ne suivra donc pas fidèlement les ondulations du sillon. Si la pointe suit le sillon trop à la partie supérieure des parois, toutes les irrégularités de la surface,
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aussi faibles soient-elles, seront reproduites sous la forme de bruit d'aiguil- le.
La relation idéale entre la forme de l'aiguille de reproduction et celle du sillon sonore est représentée à la figure 5. Cette figure repré- sente une coupe transversale à travers une pointe d'aiguille 20 et le sillon sonore 18 qu'elle occupe. Le sillon a des parois 22 qui, si elles étaient prolongées en ligne droite viendraient se couper sous un angle qui sera de préférence compris entre 80 et 90 . La profondeur du sillon dans la face d'enregistrement 24 est telle que, à la surface du disque, le sillon a une largeur de 0,002(env. 0,050 mm) à 0,003 pouce (env. 0;075 mm) quand l'aiguil-- le de reproduction a un rayon de pointe de 0,001 pouce (env. 0,025 mm).
Dans ces conditions, la pointe de l'aiguille viendra en contact avec les parois du sillon à une distance suffisante sous la surface du disque pour que l'ac- tion de l'aiguille ne soit pas entravée par de petites égratignures et de l'u- sure normale de surface. En général, on sait que les points,de contact entre l'aiguille et les parois du.sillon se trouvent à environ 0,2 à 0,5 millième de pouce (env. 0,005 à 0,0125 mm) sous la surface du disque et que le rayon du fond du sillon sera nettement plus petit que le rayon de pointe de l'aiguil- le.
Un disque de phonographe perfectionné conforme aux caractéristi- ques de la présente invention est-représenté à la figure 4. Le disque 26 com- prend une partie d'enregistrement 28 ayant un sillon sonore en spirale, une partie pour étiquette 30 et un trou central 32 s'adaptant sur la broche cen- trale d'un appareil de reproduction de disque. Dans une formera.'exécution préférée pour,,l'enregistrement d'une sélection de durée maximum de 5 minutes et 20 secondes, le diamètre extérieur du disque est de 7 pouces environ (env.
17,5 cm), et le diamètre du sillon sonore le plus intérieur est d'environ 4,9 pouces (env. 12 cm). Pour la durée maximum citée. le nombre de sillons par pouce est environ 274. Si le diamètre du sillon sonore le plus intérieur et le diamètre du sillon extérieur sont maintenus constants,la durée de repro- duction peut être variée en modifiant le nombre de sillons par pouce. Pour un disque ayant 274 sillons par pouce, le pas sera 1/274 ou environ 0,0036 (env. 0k09mm)
La formule générale susmentionnée pour déterminer la vitesse de sillon minimum, peut être appliquée aussi bien à des modulations de son laté- rales que verticales, si l'on choisit les constantes voulues.
Les constantes qui ont été données conviennent le mieux à la gravure latérale, mais on peut facilement déterminer celles convenant à la gravure verticale.
REVENDICATIONS. la- Disque de phonographe ayant sur une face un sillon sonore en spire, le sillon ayant des modulations de son pouvant être reproduites par une aiguille de reproduction d'un rayon déterminé, les modulations de son ayant été enregistrées à une vitesse de sillon minimum déterminée, caracté- risé en ce que cette vitesse est en accord avec l'équation :
EMI7.1
où V = vitesse de sillon, en pouces/sec. r = rayon de pointe-de l'aiguille de reproduction, en pouces.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.