P. HÉMARDINQUER

LE PHONOGRAPHE ET SES MERVEILLEUX PROGRÈS

CHAPITRE IV

LE PHONOGRAPHE MÉCANIQUE MODERNE ET SES DIFFÉRENTES PARTIES

Généralités

Les différentes parties d'un phonographe mécanique

Les différents systèmes de moteurs d'entraînement

Les moteurs à contrepoids

Les moteurs à ressort

Les moteurs électriques

Généralités sur les diaphragmes de phonographe

Les premiers modèles de diaphragmes

Les travaux de M. Louis Lumière

Les bras acoustiques, leur rôle et leur construction

Généralités sur les diffuseurs de sons phonographiques

Etude scientifique des cornets phonographiques

Les cornets phonographiques actuels

Quelques remarques sur les qualités du phonographe à disques

Etude électroacoustique du phonographe

Généralités. - Phonographes mécaniques et phonographes électriques.

Nous avons indiqué précédemment qu'il existait maintenant deux procédés de reproduction des disques, la reproduction acoustique ou mécanique et la reproduction électrique. On donne le nom de phonographes mécaniques ou de phonographes ordinaires aux appareils à reproduction mécanique, et le nom de phonographes électriques ou radio-électriques aux appareils à reproduction électrique.

Il va sans dire que cette appellation n'a aucun rapport avec le système du moteur d'entraînement du disque ; il y a des phonographes mécaniques munis d'un moteur électrique, et il pourrait y avoir des phonographes électriques munis de moteurs à ressort.

Nous avons fait également remarquer que la reproduction électrique, malgré ses avantages, n'a nullement entraîné la suppression de la reproduction mécanique, d'ailleurs, de plus en plus perfectionnée par les travaux scientifiquement entrepris des techniciens. Les phonographes mécaniques constituent donc encore la majorité des machines parlantes en service dans le monde, et il convient de les étudier en détail, avant même de décrire les appareils à reproduction électrique.

Les différentes parties d'un phonographe mécanique.

Nous avons déjà montré qu'une machine parlante à disques à reproduction mécanique était un appareil fort simple en principe, puisqu'il comprenait seulement quatre organes essentiels : un moteur imprimant au plateau porte-disques un mouvement de rotation uniforme, un diaphragme reproducteur portant l'aiguille vibrante, un bras acoustique pivotant relié au diaphragme et transmettant enfin les vibrations sonores au système diffuseur de sons (fig. 67).

FIG. 67. — Les différents organes d'un phonographe mécanique.

L'ensemble de l'appareil est donc fort simple, mais il est cependant nécessaire que tous les organes soient parfaitement étudiés si l'on veut obtenir une bonne reproduction. Il serait, en effet, parfaitement inutile d'utiliser des disques excellents, enregistrés électriquement, si l'appareil reproducteur ne faisait pas entendre sans déformation les notes de toutes fréquences enregistrées sur le disque.

Nous allons montrer successivement les progrès réalisés dans la construction de chacun des organes du phonographe mécanique.

Les différents systèmes de moteurs d'entraînement.

Le moteur d'entraînement, qui est évidemment un organe essentiel de tout phonographe mécanique et électrique, malgré son rôle purement mécanique, doit être construit d'une manière parfaite, et son apparence robuste et simple, en général, doit être accompagnée d'une précision et d'une régularité absolue de fonctionnement.

La vitesse de rotation du disque, normalement de soixante-dix-huit à quatre-vingts tours par minute pour les disques ordinaires, ne peut varier, en effet, d'une quantité même très petite sans amener immédiatement un changement très marqué de la tonalité de la reproduction, plus aiguë si l'on augmente la vitesse, et plus grave si on la diminue.

Ce changement de tonalité est, en outre, accompagné d'une déformation complète des sons complexes qui constituent la majorité des sons musicaux.

Nous indiquerons dans un chapitre suivant comment on doit régler la vitesse de rotation du disque, mais, pour que ce réglage soit efficace, il faut évidemment que la vitesse du moteur demeure invariable, une fois déterminée au moyen du système de réglage.

Ceci posé, il existe trois types de moteurs pouvant être employés dans les phonographes : les moteurs à contrepoids, les moteurs à ressort et les moteurs électriques.

Les moteurs à contrepoids.

L'organe moteur de ces appareils est un poids attaché à l'extrémité d'un fil enroulé autour d'un arbre horizontal ; la descente du poids sous l'influence de la pesanteur entraîne le déroulement du fil et la rotation de l'arbre.

La régulation de la vitesse, de rotation du système est obtenue généralement au moyen d'un régulateur à ailettes dont le fonctionnement est basé sur le principe de l'accroissement de la résistance de l'air lorsque la vitesse augmente, ou d'un régulateur à force centrifuges à boules.

Ce système, pourtant le plus ancien, constitue, en réalité, le plus régulier de tous les moteurs, et on sait qu'il est adopté à ce titre dans les appareils de physique, mais son emploi est peu pratique par suite de son encombrement.

Nous avons noté pourtant au début de ce livre qu'il était utilisé dans certains modèles de phonographes primitifs ; actuellement, on ne l'emploie plus guère que dans les machines d'enregistrement, pour lesquelles une parfaite régularité d'entraînement est indispensable, et qui peuvent, sans inconvénient, être de plus grandes dimensions.

Les moteurs à ressort.

Nous avons noté déjà qu'Eldridge Johnson, fondateur de la Cie Gramophone, construisit les premiers moteurs à ressort pour Berliner.

L'organe moteur de ces appareils est un ressort en acier, logé dans un barillet, et c'est la détente de ce ressort qui actionne le système.

La force de détente du ressort n'est nullement constante, puisqu'elle varie avec le degré de tension, la température, etc. ; aussi emploie-t-on toujours un régulateur à boules, dont la précision est absolue.

FIG. 68. — Principe du régulateur à boules.

Ce dispositif comporte, en principe, un axe A entraîné par un pignon P, et portant un collier fixe C1. Trois masselottes M, en plomb ou en acier, sont portées par des lames d'acier flexibles R, fixées d'une part au collier C1, et, d'autre part, à un autre collier mobile à glissière C2, solidaire d'un plateau B, sur lequel peut venir s'appuyer d'une manière réglable un patin de matière élastique, en cuir ou en feutre, par exemple, T.

Si l'on fait tourner l'arbre, sous l'action de la force centrifuge, les masselottes s'écartent, entraînent le déplacement du collier C1, donc du plateau B, et ce dernier vient s'appliquer contre le frein T.

On démontre que, dans ces conditions, à chaque position du frein correspond pratiquement une vitesse constante de l'axe, et, en reliant ce dernier au plateau d'entraînement, on pourra ainsi obtenir à volonté n'importe quelle vitesse constante en agissant simplement sur le frein.

Les moteurs à ressort très simples pour appareils bon marché ou portatifs sont à engrenages, vis et pignon, à un seul ressort, et permettent généralement la reproduction d'une seule face d'un disque de 30 centimètres sans nouveau remontage (fig. 69).

FIG. 69. — Moteur à ressort simple à engrenages et pignon (type Thorens).

Dans d'autres modèles de moteurs pour phonographes de salon ou phonographes-meubles, l'entraînement du régulateur et du plateau est assuré par pignons à dentures hélicoïdales et vis sans fin, ce qui procure au système une grande solidité et un silence de fonctionnement presque absolu.

De plus, pour diminuer la fréquence des remontages du ressort, sans augmenter outre mesure les dimensions de ce dernier, on emploie plusieurs ressorts en série, chaque ressort étant logé dans un barillet séparé, de façon que l'extrémité de l'un agisse sur le commencement du suivant ; on augmente ainsi en réalité la longueur du ressort sans augmenter sa force (fig. 70). Un tel dispositif, très couramment adopté, permet de reproduire sans remontage les deux faces d'un disque de 30 centimètres.

FIG. 70. — Moteur à deux ressorts, à pignons et vis sans fin (type Thorens).

Enfin, des modèles spéciaux à multiples, barillets permettent de jouer de trois à dix faces des disques de 30 centimètres de diamètre (fig. 71) ; d'autres modèles à remontage rapide, avec multiplication élevée de la commande de la manivelle, diminuent la durée des remontages, et même on a pu présenter des moteurs à remontage automatique par un procédé électrique.

FIG. 71. — Moteur spécial à quatre ressorts verticaux permettant de jouer dix faces de disques de 30 centimètres.

Malgré l'intérêt intrinsèque de ces dispositifs plus ou moins ingénieux, il semble préférable, si l'on veut éviter l'inconvénient relatif des remontages fréquents, d'adopter plus simplement un moteur électrique.

Les moteurs électriques.

On a employé des moteurs électriques dans les phonographes depuis le début de la construction des machines parlantes, comme nous l'avons noté au premier chapitre de ce livre, mais ces modèles primitifs étaient peu perfectionnés et, d'ailleurs, les usagers du phonographe n'avaient pas souvent à leur disposition le courant d'un secteur d'éclairage !

Les types actuels à moteur du type universel peuvent être actionnés par le courant alternatif ou continu d'un secteur, et la régulation de la vitesse d'entraînement du plateau est obtenue au moyen d'un régulateur à boules du type ordinaire.

On a presque abandonné le système d'entraînement direct du plateau et du régulateur par le moteur électrique à l'aide d'engrenages et vis sans fin, ce dispositif était brutal et bruyant.

Par contre, on peut obtenir l'entraînement du plateau porte-disques d'une manière efficace et souple au moyen d'une roulette en caoutchouc portée par l'axe du moteur, et venant frotter contre le rebord intérieur du plateau. L'axe vertical du plateau actionne à son tour le régulateur à boules (fig. 72).

FIG. 72. — Moteur électrique de phonographe à transmission directe du mouvement au plateau par friction d'une roulette de caoutchouc (type Era).

On peut aussi relier le moteur au système d'entraînement au moyen d'une courroie élastique en caoutchouc, dont l'élasticité garantit le silence du mouvement, la régularité de la rotation étant contrôlée, de même, par un régulateur à boules monté sur vis sans fin, et fonctionnant comme intermédiaire entre le moteur électrique et l'arbre du plateau porte-disques (fig. 73).

FIG. 73. — Moteur électrique de phonographe à transmission indirecte du mouvement au plateau par l'intermédiaire d'une courroie élastique (type Thorens).

Des constructeurs ont établi plus récemment des moteurs à induction dont le « rotor » tourne à une vitesse réduite, et porte directement le plateau porte-disques. Ce type de moteur sans balais et très simplifié ne comporte donc plus aucun engrenage en dehors du pignon et de la vis sans fin servant à l'entraînement du régulateur à boules (fig. 74).

FIG. 74. — Moteur électrique de phonographe dont l'axe de l'induit porte directement le plateau porte-disques (type Adler Broadcast).

On peut aussi noter des systèmes de régulation assez ingénieux servant à éliminer l'influence nuisible possible des irrégularités du courant du secteur, et surtout des variations de tension, mais ces dispositifs sont heureusement inutiles le plus souvent.

La plupart de ces modèles de moteurs sont très silencieux et très robustes, aussi leur usage se développe-t-il très rapidement, du moins pour les phonographes-meubles ; ils sont, d'ailleurs, généralement pourvus, en outre du système de régulation mécanique de la vitesse, agissant sur le régulateur à boules, d'une résistance variable permettant d'appliquer au moteur la tension optima, quelle que soit la tension du courant du secteur.

Généralités sur les diaphragmes de phonographes.

On a pu dire que le diaphragme était « l'âme du phonographe », c'est de lui que dépend la qualité de la reproduction, mais c'est l'organe le plus délicat à construire (1).

(1) On peut remarquer que le mot diaphragme désigne, en réalité, uniquement la membrane vibrante et non l'ensemble de l'organe. On devrait dire plutôt capsule acoustique (sound box).

Il est constitué par une petite boîte ou « capsule sonore » dans laquelle est sertie une membrane vibrante. Cette membrane est reliée par son centre, le plus souvent, directement ou indirectement à la pointe reproductrice qui suit les sillons du disque (fig. 75).

FIG. 75. — Disposition schématique d'un diaphragme de phonographe. (Le diaphragme représenté ici est du type a saphir.)

La membrane agit comme une véritable pompe en comprimant et raréfiant alternativement l'air contenu dans la capsule, métallique ou non ; il y a formation d'ondes sonores qui sont transmises au bras acoustique par l'intermédiaire d'un tube-adaptateur placé en face de la membrane, et ensuite au diffuseur de sons.

Nous avons indiqué au chapitre II que la gamme des sons phonographiques à reproduire était comprise entre 150 et 5000 périodes environ, et le problème essentiel consiste donc à établir une membrane vibrante ayant assez peu d'inertie pour reproduire fidèlement toutes ces fréquences, et ne présentant pas de fréquence de résonance propre marquée dans cette gamme, ce qui introduirait des déformations nuisibles.

De plus, il faut éviter les vibrations parasites possibles de la pointe vibrante et de la liaison mécanique qui existe généralement entre cette pointe et la membrane ; le système de liaison utilisé doit être de faible inertie et peu amorti, de façon à transmettre presque intégralement à la membrane l'énergie des oscillations recueillies par l'aiguille vibrante.

Enfin, le diaphragme doit être assez robuste pour fournir un long service sans détérioration, et ne doit pas non plus produire une usure trop rapide du disque.

Une membrane trop épaisse est cause évidemment d'une usure plus rapide, l'aiguille vibrante produisant un frottement plus intense le long des parois des sillons sonores ; de même, un diaphragme trop lourd cause une usure verticale des sillons.

Mais un diaphragme à membrane trop faible est vite hors de service, et, en tous cas, le réglage de la tension de cette membrane doit être souvent vérifié ; de même, un diaphragme trop léger ne suit pas fidèlement les sillons ; l'aiguille peut « sauter » d'un sillon à l'autre ou par-dessus les courbes resserrées en détruisant rapidement les « finesses » de l'enregistrement. Les constructeurs sont heureusement parvenus aujourd'hui à établir des modèles évitant ces inconvénients.

Il existe, d'ailleurs, deux catégories de diaphragmes, les diaphragmes à saphir (pour disques à enregistrement vertical) et les diaphragmes à aiguille (pour disques à enregistrement transversal). Dans le premier cas, la membrane est évidemment perpendiculaire à la tangente au sillon, tandis que, dans le deuxième, elle lui est parallèle (I et II, fig. 76).

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FIG. 76. — Position du diaphragme par rapport aux sillons sonores dans le cas de la reproduction à saphir en I, ou à aiguille en II.

Les disques à aiguille à enregistrement électrique étant presque uniquement employés aujourd'hui, les diaphragmes à aiguille sont aussi presque les seuls qui soient utilisés ; on continue pourtant à se servir de diaphragmes à saphir pour des buts particuliers, surtout parce que le disque à saphir s'use moins vite, en général, que le disque à aiguille, ce qui le rend intéressant, par exemple, pour les appareils de reproduction dits automatiques, dans les foires, salles d'attraction, salles de danse, etc., ou aux colonies.

Les premiers modèles de diaphragmes.

Le premier diaphragme de phonographe d'Edison avait une membrane métallique assez épaisse, analogue à celle d'un écouteur téléphonique, et un stylet métallique vibrant fixé au centre de cette membrane. On sait d'ailleurs que ce diaphragme agissait sur une feuille d'étain enroulée sur un cylindre de cuivre, et servait aussi bien pour enregistrement que pour la reproduction.

La membrane métallique trop épaisse, qui manquait de sensibilité, fut vite remplacée par une membrane de parchemin, puis Sumner Tainter, en 1888, proposa d'utiliser une membrane de mica, qui constitua pendant longtemps le meilleur modèle connu.

On a sans doute essayé de réaliser cette membrane en matières diverses : verre, soie, bois très mince, matières organiques complexes, papier, celluloïd, etc., mais on peut, en réalité, actuellement en distinguer deux grandes catégories : les membranes en mica et les membranes métalliques.

Pour la reproduction des disques à enregistrement vertical, la pointe métallique avait été vite remplacée, d'ailleurs, par une pointe mousse en saphir, et, vers 1900, on commença à établir des modèles dans lesquels la transmission des vibrations de la pointe à la membrane s'effectuait par l'intermédiaire d'un levier amplificateur porte-aiguille ou porte-saphir (fig. 77).

FIG. 77. — Diaphragme à plaque de mica et fil de bronze réalisé vers 1905.

Actuellement, sauf dans des appareils spéciaux très bon marché ou destinés à l'enregistrement des disques par l'usager lui-même, la pointe vibrante est fixée dans un mandrin ou un manchon placé à l'extrémité d'un levier articulé (fig. 78).

FIG. 78. — Disposition schématique d'un diaphragme reproducteur à aiguille. En réalité, l'aiguille est placée dans l'axe du pivot, comme on le voit sur la figure 79.

L'amplification fournie par ce levier est d'autant, plus grande, pour une dimension donnée du diaphragme, que le rapport de la longueur du bras A à celle du bras B est plus petit, et ce rapport dépend évidemment aussi de la longueur de l'aiguille choisie.

Il n'y a pas intérêt à augmenter outre mesure cette amplification, parce qu'on augmente ainsi en même temps l'effet exercé par l'aiguille sur les parois internes des sillons et que les déplacements infligés à la membrane prennent une amplitude trop grande, d'où risque de déformation.

Ceci posé, on peut fort bien, en employant des lames circulaires en mica de 50 à 60 millimètres de diamètre, convenablement serrées entre des joints étanches, obtenir une reproduction normale des fréquences phonographiques.

La lame doit cependant être assez épaisse, si l'on veut qu'elle soit suffisamment apériodique, c'est-à-dire qu'elle ne présente pas une fréquence de résonance propre trop marquée ; un diaphragme en mica mal étudié peut donc user plus vite le disque qu'un diaphragme d'un autre modèle.

Par contre, le diaphragme à membrane de mica a l'avantage d'être extrêmement robuste et parfaitement indéréglable, aussi en trouve-t-on d'excellents modèles : Gramophone, Pathé, Thorens, etc. (fig. 79). La liaison du levier porte-aiguille, de profil bien étudié, à la membrane vibrante, se fait généralement par l'intermédiaire d'un petit cône (spider) qui, vient s'appliquer sur le diaphragme suivant une circonférence de diamètre déterminé. Ce système évite la naissance de vibrations parasites au point de contact des deux organes.

FIG. 79. — Diaphragmes actuels de modèle courant à plaque en mica.

Les modèles à membranes métalliques ont été réalisés sans doute en utilisant le résultat des études entreprises pour la construction des haut-parleurs radiophoniques.

La membrane est, le plus souvent, en aluminium de 3 à 5 centièmes de millimètre d'épaisseur ; elle possède presque toujours une forme profilée, différant suivant les modèles, mais comportant généralement une zone centrale conique ou hémisphérique, et une zone annulaire ondulée.

Dans le modèle Columbia, par exemple, la zone extérieure est accordée sur une fréquence de 182 vibrations par seconde et la zone centrale sur une fréquence de 2.730 vibrations par seconde.

Le style est monté sur des roulements à billes d'acier trempé pour réduire au minimum la friction, et un joint élastique antivibrateur est employé pour réunir le diaphragme au bras acoustique ; ce joint amortit les chocs dus aux forte de la reproduction musicale (fig. 80).

FIG. 80. — Le diaphragme Columbia à membrane métallique vu en coupe et de face.

Dans un autre modèle métallique intéressant, la partie centrale conique joue exclusivement le rôle d'une pompe et transmet les vibrations à la couronne périphérique ondulée (fig. 81).

FIG. 81. — Coupe du diaphragme Thorens à membrane métallique.

Les bords de la membrane sont serrés entre deux bandes de caoutchouc qui limitent les vibrations de la partie libre, et, grâce à cette construction, le diaphragme peut reproduire sans les détériorer les disques gravés électriquement les plus sonores, et sans craindre aucune déformation anormale de la membrane.

Le porte-aiguille, d'autre part, est mobile sur une légère lame métallique qui assure une transmission régulière des vibrations de l'aiguille à la membrane, et cette dernière est recouverte d'une boîte métallique percée de trous, pour éviter toute contre-pression sur la face extérieure pendant son déplacement.

Le nombre des pièces d'un diaphragme moderne à aiguille n'est pas très considérable encore, mais ces pièces doivent être établies mécaniquement avec la plus grande précision (fig. 82).

FIG. 82. — Les divers organes d'un diaphragme moderne démonté (type Odéon). On aperçoit la membrane vibrante (en deux parties), le levier porte-aiguilles, les pièces intérieures et extérieures de la capsule sonore, les joints de serrage en caoutchouc, etc.

Sensibles, usant peu les disques, tous ces modèles sont donc fort intéressants ; ils exigent simplement un peu de précaution de la part de l'usager pour éviter le déréglage de la tension de la membrane, et nous montrerons, d'autre part, dans la suite de ce livre, que l'aiguille reproductrice employée doit être choisie en tenant compte du type de diaphragme adopté et de la nature du disque à reproduire.

Les travaux de M. Louis Lumière.

M. Louis Lumière, le savant bien connu, avait étudié il y a quelques années, depuis 1908, un système de diaphragme fort curieux, jouant à la fois le rôle de reproducteur et de diffuseur de sons (fig. 83 et 84).

FIG. 83. — On a tenté quelquefois d'utiliser les diffuseurs de sons auxquels était reliée directement la pointe vibrante.

FIG. 84. — Diaphragme à membrane plissée de M. Louis Lumière (brevet français numéro 401-501 du 25 juillet 1908).

Ce diaphragme était constitué par une membrane en papier plissé d'un diamètre de 0 m. 30 environ, sur le centre de laquelle on faisait agir les vibrations sonores d'une pointe reproductrice par l'intermédiaire d'un système à levier.

On reconnaît là le genre de dispositif acoustique employé avec tant de succès dans les haut-parleurs radiophoniques, aussi ce système permettait-il une excellente reproduction sonore, grâce à l'absence de fréquences propres marquées de vibrations. Longtemps utilisé dans les appareils Gramophone, il est seulement moins employé actuellement par suite de son encombrement, qui rend difficile son adoption dans les appareils portatifs ou coffrets.

Dès 1909 également, M. Lumière avait imaginé un diaphragme à cupule sphérique en duralumin de 0,1 millimètre d'épaisseur comportant des nervures radiales N et isolée acoustiquement par un anneau de caoutchouc A (I, fig. 85) ; il avait aussi, en 1911, établi des modèles à membrane de mica fort curieux. L'un de ces modèles comportait une plaque de mica rectangulaire fixée sur deux côtés opposés entre deux fils de caoutchouc et les deux autres côtés étant reliés à la plaque de fond de la boîte sonore par des soufflets en peau très mince (II, fig. 85) ; l'autre modèle comportait une plaque circulaire en mica à fentes radiales recouverte d'un disque de papier très mince (III, fig. 85). On diminuait ainsi la rigidité de la plaque et l'on pouvait obtenir la flexion avec une grande amplitude.

FIG. 85. — Trois modèles de diaphragmes imaginés par M. Louis Lumière.

I, avec cupule sphérique en duralumin ; II, à membrane rectangulaire en mica ; III, à membrane circulaire en mica à fentes radiales.

Il était fort intéressant de rappeler ces études, d'une part, en raison de leur importance intrinsèque, d'autre part pour démontrer la part des travaux français dans l'évolution de la construction des organes du phonographe.

Les bras acoustiques. Leur rôle et leur construction.

Le bras acoustique d'un phonographe a un double rôle mécanique et acoustique à jouer ; d'une part, il soutient et guide le diaphragme, d'autre part, il transmet les ondes sonores au système diffuseur de sons et constitue la partie initiale de ce dernier.

Les modèles actuels sont souvent montés sur des roulement à billes, ce qui facilite leur rotation ; quelques-uns sont compensés par des contrepoids ou des ressorts pour diminuer la pression de la pointe du diaphragme sur le disque, mais ce dispositif est rarement utile. Enfin, l'extrémité antérieure de la plupart des modèles est pivotante dans le sens vertical, de façon à permettre un changement facile de l'aiguille du diaphragme (fig. 86).

FIG. 86. — Bras acoustique en S d'un modèle courant, type Olotonal Pathé, monté sur roulements à billes. En haut, bras portant un diaphragme à saphir, et en bas, un diaphragme à aiguille.

Le rôle du bras acoustique consiste sans doute à transmettre fidèlement les ondes sonores, mais il doit être déterminé aussi en fonction des caractéristiques mécaniques et acoustiques du diffuseur de sons ; il est donc préférable d'éviter autant que possible les réflexions sonores à l'intérieur du tuyau métallique constituant le bras.

Un constructeur a réalisé dans ce but un bras de forme spéciale, consistant en une série de conduits acoustiques rectilignes, reliés les uns aux autres et pourvus de quatre surfaces planes, destinées à conserver aux ondes transmises toute la netteté désirable (I, fig. 87).

FIG. 87. — Bras acoustique type « Plano-Reflex Columbia » à coudes droits.

I, vue par-dessus du bras avec son diaphragme ;

II, coupe schématique montrant la projection idéale du son en ligne droite ;

Grâce à ces réflexions successives sur des surfaces planes, les ondes seraient, d'après lui, transmises presque intégralement sans risque d'entrecroisement, ni de pertes en résultant. Au contraire, dans un bras de forme courbe mal étudié, l'entrecroisement des ondes sonores affecte les notes de fréquences élevées et les pertes résultantes augmentent rapidement avec les dimensions et le nombre des surfaces courbes employées (III, fig. 87). Il existe cependant aussi des modèles de bras à surfaces courbes bien étudiées donnant des résultats fort satisfaisants, comme le montre la figure 86, et leur forme bien déterminée permet d'augmenter la longueur efficace du pavillon diffuseur dont ils constituent l'embouchure.

Généralités sur les diffuseurs de sons phonographiques.

Les premiers phonographes pouvaient comporter, comme nous l'avons montré, des tuyaux acoustiques terminés par de petites ampoules placées dans l'oreille même de l'auditeur, et quelques modèles, destinés à être placés dans des « salons d'audition », sont encore munis de sortes d'écouteurs que l'on applique sur les oreilles.

Mais le cornet acoustique permettant de rompre l'onde stationnaire sonore produite dans l'air par le diaphragme, et de diffuser son énergie, a été également utilisé dans les appareils d'Edison.

Cependant, les premiers cornets acoustiques métalliques utilisés, de formes plus ou moins coniques et déterminées d'une manière complètement empirique, produisaient des déformations, d'une part par suite des vibrations propres de la matière même qui les constituait, et aussi de la masse d'air qu'ils renfermaient.

On essaya donc de les perfectionner tout d'abord en utilisant des matières plus inertes pour les constituer : carton, ébonite, bois, et en modifiant leurs formes (fig. 88).

FIG. 88. — Phonographe Columbia à pavillon extérieur métallique de grand diamètre.

Puis ces pavillons, pourtant un peu améliorés, mais encombrants, furent à peu près abandonnés pour les appareils d'appartements, à partir de 1912 environ, et réservés presque exclusivement pour l'audition en plein air ou dans de grandes salles (salles de danse, cafés, etc.) et on employa des cornets intérieurs à l'appareil, en bois et en tôle, en fonte, etc. etc., et produisant souvent des sonorités adoucies beaucoup plus agréables que celles des pavillons, mais sans fidélité ni relief.

L'avènement des procédés modernes d'enregistrement, et les perfectionnements des diaphragmes et des bras acoustiques rendirent nécessaire une étude très approfondie du cornet acoustique, sans laquelle la reproduction ne pouvait être satisfaisante.

Etude scientifique des cornets phonographiques.

Il fallut donc, à ce moment, essayer de déterminer comment les dimensions et la forme du cornet influent sur ses qualités acoustiques, et des recherches du même ordre étaient, d'ailleurs, effectuées en même temps pour les cornets des haut-parleurs radiophoniques.

On a donc établi des « courbes de réponse » des différents cornets acoustiques, en notant les intensités avec lesquelles est reproduit, suivant sa fréquence, un son d'intensité constante.

Pour obtenir ce résultat, on employait une source sonore constituée par un haut-parleur actionné par un appareil de T. S. F. produisant des courants de fréquence musicale constants, et ce haut-parleur agissait sur un diaphragme reproducteur phonographique. On mesurait l'énergie sonore rayonnée par les cornets au moyen d'un microphone relié à un amplificateur à lampes de T. S. F. dans une chambre étanche aux sons, et dont les parois étaient recouvertes de tentures pour éviter les réflexions sonores.

On put ainsi constater l'énorme différence existant entre les cornets coniques et les cornets allongés de forme dite « exponentielle » pour la reproduction des fréquences basses (fig. 89).

FIG. 89. — Courbes schématiques obtenues en étudiant des haut-parleurs à pavillon exponentiel et à pavillon conique.

On constata, d'autre part, que les meilleurs résultats étaient obtenus avec un cornet très long (on en a construit ayant jusqu'à 6 m. 50 de longueur), mais l'angle du pavillon, la forme de la courbure, les dimensions de leur petite embouchure et de leur grande embouchure ou « gueule » sont également des constantes essentielles.

On a trouvé que la meilleure forme était celle d'un long cornet, de section en forme d'hyperboloïde et d'angle d'ouverture progressivement croissant.

Comme on ne peut pratiquement monter dans un meuble, ou à plus forte raison dans un coffret ou une valise portative, un cornet droit de grandes dimensions, on a replié la courbure en l'étudiant d'ailleurs avec soin.

On peut, de cette façon, obtenir des résultats presque aussi bons qu'avec des cornets droits, comme le montrent les courbes de la figure 90. La reproduction est très satisfaisante sur la gamme des fréquences 130-5.000 et l'amélioration est particulièrement sensible pour les notes basses. Sans doute les notes d'une fréquence inférieure à 130 ne sont pas encore reproduites, mais ce défaut n'est pas très grave actuellement, puisqu'on ne peut encore, comme nous l'avons montré, enregistrer correctement sur les disques des notes de fréquences inférieures à 150.

FIG. 90. — Courbes de réponse d'un ancien pavillon de phonographe en I et d'un pavillon nouveau modèle de 1 m. 80 de longueur (en II). (Gramophone.)

Les cornets phonographiques actuels.

Les appareils phonographiques modernes sont donc munis de pavillons intérieurs établis suivant ces données et construits en matière aussi « apériodique », aussi rigide que possible : en matière moulée, fonte d'aluminium, tôle d'étain, de plomb, de divers alliages, etc...

La petite embouchure est, en général, de diamètre assez faible (10 à 40 millimètres), tandis que la « gueule » est en rapport avec la longueur du cornet. D'ailleurs, au lieu de constituer les parois suivant deux courbes exponentielles symétriques, la plupart des constructeurs assimilent dans les deux premiers tiers de la trompe les courbes des parois à deux droites également inclinées sur l'axe. Le rapport de croissance du diamètre est en moyenne de 10 %, un allongement de 1 mètre correspond donc à un accroissement de 10 centimètres seulement du diamètre. On arrive ainsi couramment à utiliser des longueurs de 1 m. 50 à 2 mètres, et même 3 mètres.

Pour obtenir des effets de « perspective sonore », de « stéréophonie », analogues aux effets stéréoscopiques, on emploie des modèles à double pavillon de formes plus ou moins complexes avec des trompes plusieurs fois repliées sur elles-mêmes. Le bras acoustique lui-même est constitué de façon à présenter une croissance suivant le même rapport, et la liaison avec l'embouchure du cornet est établie d'une manière aussi étanche que possible (fig. 91 et 92).

FIG. 91. — Pavillon "stéréoscopique" employé avec le bras acoustique "Plano-Reflex Columbia".

FIG. 92. — Deux vues schématiques du cornet acoustique dans le nouveau modèle Gramophone-meuble.

Ces pavillons scientifiquement établis sont maintenant montés dans la plupart des phonographes-meubles, des coffrets, et même dans quelques modèles portatifs, et l'on en propose chaque jour de nouvelles variantes (fig. 93).

FIG. 93. — Deux formes curieuses récentes de cornets stéréoscopiques.

I, un modèle anglais à deux cornets de sections différentes reproduisant les notes basses et aigues ;

II, un modèle français à deux cornets faisant entre eux un angle de 30 %.

Les constructeurs ont tiré également parti des effets de résonance produits par les parois du coffret ou du meuble, et ces effets dépendent de la nature et de l'épaisseur des bois qui les constituent.

Dans les meubles de grandes dimensions, on peut placer des pavillons de très grand développement permettant d'obtenir une excellente reproduction des notes basses, et un constructeur a établi récemment un cornet de ce genre de 2 m. 75 de long, à surfaces planes de réflexion, d'un principe analogue à celui du bras acoustique décrit précédemment (fig. 94).

FIG. 94. — Cornet amplificateur type « Plano-Reflex Columbia » à surfaces de réflexion planes et grand développement (2 m. 75).

Dans les phonographes portatifs de petites dimensions et dans les appareils bon marché, on continue enfin à utiliser des cornets de formes beaucoup plus simples, en matière moulée, en bois, ou en tôle, donnant des résultats suffisants dans ces cas particuliers (fig. 95).

FIG. 95. — Dispositions simples de cornets acoustiques dans des appareils portatifs modernes.

Quelques remarques sur les qualités mécaniques du phonographe à disques.

Si paradoxal que cela puisse paraître, le phonographe primitif à rouleaux de cire de 1900 était sans doute de conception plus rationnelle, au point de vue mécanique et acoustique, que l'appareil moderne à disques.

La pointe reproductrice s'y déplaçait, en effet, parallèlement à l'axe du rouleau, sur les sillons gravés verticalement en hélice régulière (fig. 96). Ces sillons étaient ainsi parcourus avec une vitesse linéaire constante, puisque la vitesse de rotation du cylindre était invariable pendant la durée d'une audition, et les spires toutes de même diamètre ; enfin le diaphragme était entraîné par son chariot et appuyait uniquement perpendiculairement, et non latéralement, sur les sillons ; sa pointe gardait, une direction constante tangente au sillon.

FIG. 96. — Le phonographe à cylindre.

Dans les premiers modèles, le diaphragme D se déplaçait régulièrement sous l'action d'un chariot à vis sans fin V, parallèlement à l'arbre du cylindre R. La vitesse de rotation et de translation était constante.

Dans le phonographe à disques, au contraire, les: sillons sont gravés en spirales concentriques, le diamètre de la spire intérieure est très inférieur à celui de la spire extérieure, et il en résulte que la vitesse linéaire du sillon par rapport à la pointe du diaphragme varie dans de grandes proportions (I, fig. 97).

FIG. 97. — Le phonographe à disque.

I, La vitesse du sillon intérieur I par rapport à la pointe du diaphragme est beaucoup plus petite que la vitesse du sillon extérieur E.

II, La portion de courbe du sillon intérieur en contact avec la pointe P du diaphragme n'est plus assimilable à une droite.

Quand ce diamètre devient trop petit, le sillon n'est plus assimilable à une droite au voisinage de la pointe, et celle-ci ne vibre plus librement, à cause de cette grande courbure ; une pression constante tend alors à la ramener vers le centre du disque (II, fig. 97).

Par ailleurs, le diaphragme reproducteur n'est plus entraîné latéralement par un dispositif spécial actionné par le moteur du phonographe ; le bras acoustique est simplement monté sur pivot et c'est la pointe vibrante elle-même qui entraîne l'ensemble du bras et du diaphragme, grâce à son guidage par le sillon. Le diaphragme est donc à la fois « porteur et tracteur », ce qui constitue une mauvaise disposition mécanique déjà notée (II, fig. 97).

Enfin, comme le bras acoustique portant le diaphragme est monté sur pivot, l'orientation de la pointe vibrante par rapport aux sillons varie évidemment au cours d'une audition (fig. 98).

FIG. 98. — L'orientation du diaphragme dans le phonographe à disques.

L'orientation du diaphragme par rapport au plan vertical tangent au point de contact de l'aiguille varie suivant la position du diaphragme. En M seulement, ces deux plans coïncident.

Fort heureusement, le phonographe n'est pas un appareil mécanique, mais un instrument de musique, et ces défauts, si graves en apparence au point de vue mécanique, n'ont pas une très grande importance au point de vue acoustique. Il est vrai que l'on en tient compte autant que possible lors de la fabrication des disques pour effectuer des manœuvres d'enregistrement « compensatrices » et les résultats obtenus montrent qu'on réussit à les atténuer.

On s'attache à ne pas exagérer ces défauts en employant par exemple des bras acoustiques montés sur roulements à billes et des diaphragmes de poids aussi réduit que possible tout en restant supérieur à sine valeur-limite. Ces diaphragmes sont quelquefois équilibrés en partie au moyen de ressorts ou de contrepoids, pour diminuer l'effort de traction de la pointe vibrante. Des bras acoustiques spéciaux ou même une détermination exacte du point de rotation du bras, d'après un procédé dû d'ailleurs à M. Louis Lumière, permettraient, d'autre part, de diminuer les variations d'orientation de la membrane par rapport aux sillons sonores.

Etude électro-acoustique du phonographe.

Il existe des analogies que l'on peut assez facilement déterminer entre les phénomènes mécaniques et acoustiques mis en jeu dans la reproduction mécanique des disques et les phénomènes électriques, et ces analogies n'ont pas été sans influer sur la direction des travaux de perfectionnement du phonographe.

Dans le circuit oscillant phonographique, on peut constater des effets d'inertie, comparables aux effets de self-induction des bobinages, et des effets d'élasticité, ou mieux de déformabilité, également comparables aux effets de capacité.

Le disque représente assez bien un générateur d'énergie ; l'aiguille joue le rôle d'un balai d'une dynamo qui recueille cette énergie ; par ses déformations élastiques, elle est, d'autre part, assimilable à un condensateur.

Quant au levier porte-aiguille, c'est un véritable transformateur qui amplifie les vibrations ; sa masse a un effet de self-induction et son pivot élastique, sa déformabilité, un effet de capacité électrique.

On peut raisonner de même pour la masse du diaphragme (self-induction), la déformabilité de sa plaque et la masse d'air de la capsule sonore (capacités), et, enfin, pour la résistance propre du cornet acoustique (impédance).

On représente ainsi un circuit oscillant électrique, à propos duquel on fait tous les raisonnements et calculs utiles pour la résolution des problèmes phonographiques.

Deux ingénieurs des Laboratoires Bell, MM. Maxfield et Harrison, ont développé les caractéristiques de cette nouvelle méthode d'études électro-mécaniques, qui donnera peut-être des résultats pratiques considérables.