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La technologie des magnétophones analogiques
Technologies du magnétophone
Le magnétophone est un appareil mixte d'enregistrement et de lecture, utilisant comme support une bande magnétique. La bande magnétique défile à vitesse constante devant plusieurs têtes magnétiques. La tête d'effacement a pour but d'amener la bande à un état neutre, la tête d'enregistrement produit une aimantation rémanente du support en fonction du signal à enregistrer. La tête de lecture produit une tension induite par les variations de flux de la bande provoquée par le défilement de la bande. Une tête magnétique supplémentaire est prévue dans le cas de l'enregistrement et de la lecture d'un signal de synchronisation (Néopilote, Synchrotone, Nagrasync et code temporel S.M.P.T.E/E.B.U).
Platine de défilement
La platine de défilement du magnétophone est un composant essentiel. Elle garantit la position de la bande magnétique et la régularité de la vitesse de défilement déterminée par l'axe du moteur-cabestan. La platine de défilement est composée d'un châssis rigide en alliage léger moulé où sont montés tous les sous-ensembles relatifs au transport de la bande. Le système d'entraïnement d'un magnétophone à bobines comprend les éléments suivants :
- un plateau débiteur (sur lequel on place la bande magnétique à enregistrer ou à lire) ou bobine débitrice
- un galet d'entrée
- un capteur de tension ou détecteur de tension de bande (sensor) permettant la commande et l'asservissement du moteur latéral gauche
- un galet régulateur (filtre mécanique)
- un guide-bande
- une tête d'effacement
- un écarteur de bande (Tape lifter)
- une tête d'enregistrement
- un écarteur de bande
- une tête de lecture
- un guide-bande
- un galet presseur ou contre-cabestan
- un cabestan
- un galet compteur
- un capteur de tension ou détecteur de tension de bande permettant la commande et l'asservissement du moteur latéral droit
- un galet de sortie
- un plateau récepteur ou bobine réceptrice
Platine de défilement du magnétophone Studer A820
Poulie d'entraînement et galet-presseur ou contre-cabestan
Moteur Cabestan et électronique du moteur
Tendeur de bande magnétique
Têtes magnétiques
Les têtes magnétiques sont caractérisées par un ou plusieurs circuits magnétiques en forme d'anneau coupé par un entrefer étroit et construits avec des matériaux ferromagnétiques doux. Ces matériaux doivent présenter une perméabilité (mumétal feuilleté, ferrite pour les têtes d'effacement, l'alliage fer-aluminium tel que l'Alfenol, l'alliage aluminium-fer-silicium comme le Sendust) et une résistivité importante, une faible coercitivité et une certaine résistance à l'usure provoquée par le frottement des bandes magnétiques. Le circuit magnétique est obtenu par juxtaposition de feuilles minces photodécoupées séparées par des couches de vernis. Après bobinage,les extrémités des fils sont soudées à une plaque à bornes. L'entrefer magnétique (cuivre, argent, mica) est placé entre les deux becs du circuit, son plan est perpendiculaire à l'axe de la piste, il est matérialisé par une cale non magnétique d'épaisseur variable. Les têtes d'enregistrement et de lecture possèdent un entrefer avant et un entrefer arrière, ce dernier permet de linéariser les circuits magnétiques en réduisant les pertes par courants de Foucault. L'entrefer magnétique de la tête d'effacement est de l'ordre de 100 à 200 µm, celui de la tête d'enregistrement est de l'ordre de 7 à 15 µm et celui de la tête de lecture de l'ordre de 2 à 5 µm. Les têtes magnétiques sont conçues et disposées par rapport à la bande, de manière à produire un enregistrement longitudinal. Le support des têtes magnétiques peut être enfichable. Il est constitué sur la base d'un chassis moulé en acier inoxydable. Une faible distance entre les têtes améliore le défilement. Le rôle des galets-filtres (céramique) situés entre les têtes est d'atténuer les vibrations longitudinales de la bande. La position en hauteur des têtes d'enregistrement et de lecture est déterminée à la fabrication. Les vis d'azimutage des têtes doivent être facilement accessibles.
Bloc de têtes magnétiques
Têtes magnétiques Studer
Entraînement, commandes et asservissements
L'entraînement de la bande magnétique peut être de plusieurs types :
- entraînement avec cabestan et contre-cabestan
- entraînement sans contre-cabestan
- entraînement direct.
Le moteur cabestan associé au bloc des têtes magnétiques et à l'électro-aimant de
la commande de mécanisme du magnétophone Studer A807
Généralement, le transport de la bande magnétique est assuré directement par un moteur-cabestan asservi pour 2 ou 4 vitesses de défilement. Ce moteur est souvent du type à courant continu. Le moteur à courant continu est équipé d'une roue tachymétrique. Un capteur fourni un signal S1 dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur. Après amplification (Trigger de Schmitt), le signal S1 est appliqué à l'entrée E1 d'un comparateur. Une fréquence de référence issue d'une base de temps est également à l'entrée E2 du comparateur. La fréquence provenant du capteur tachymétrique est comparée en phase à la fréquence de référence (verrouillage de phase). La sortie du comparateur commande le transistor de puissance qui alimente le moteur. La vitesse de rotation se stabilise lorsque S1 = S2. Le moteur-cabestan peut être équipé en série d'un circuit de régulation à vitesses variables (+ ou - 7 demi-tons commandé par un potentiomètre externe).
Un système détecteur de tension de bande en amont et en aval du cabestan détermine une tension constante (régulation de tension de bande), quel que soit le mode de défilement de la bande, par action électrique sur les moteurs latéraux. Un procédé de freinage électrique sur ces moteurs permet de ne pas dépasser une tension importante lors des arrêts de défilement. Des freins mécaniques assurent une sécurité de freinage en cas de coupure du secteur, ainsi qu'une retenue suffisante des plateaux ou des bobines lors des opérations de montage.
L'erreur de vitesse provoque une restitution erronée des durées et des fréquences. Rappelons que pour une modulation sinusoïdale de fréquence F, on obtient une périodicité de l'enregistrement avec une longueur d'onde L donnée par une vitesse de défilement constante V. Une fréquence F enregistrée à la vitesse V donne une longueur d'onde L, si cette longueur d'onde est relue à la vitesse V', nous obtenons la fréquence F'. La mesure se réalise avec un fluctuomètre, elle donne lieu à deux types de fluctuations :
- le pleurage caractérisé par une variation de fréquence comprise entre 0,1 et 10 Hz
- le scintillement caractérisé par une variation de fréquence supérieure à 10 Hz. Considérons Vmax et Vmin représentant respectivement les valeurs maximales et minimales de la vitesse de défilement de la bande et V la valeur moyenne de la vitesse pendant un intervalle de temps donné, le taux de fluctuation ou de pleurage est défini par le rapport :
Vmax - Vmin Fmax - Fmin
___________ ou par le rapport ___________
V F
F étant la valeur moyenne de la fréquence égale à 3 KHz.
Les principales commandes locales d'un magnétophone sont la lecture (Play), l'enregistrement (REC), le retour rapide (rebobinage-Rewind), l'avance rapide (bobinage-Fast Forward), le débrayage des écarteurs de bande (Lift Defeat), l’arrêt (Stop), la coupure du moteur latéral droit correspondant à la bobine réceptrice (Tape Dump), la remise à zéro du compteur (Timer reset), le recalage de la bande sur le point correspondant au zéro du compteur digital (Zero Locator). Une cellule optique ( dont la sensibilité est ajustable par potentiomètre) indique au compteur et au dispositif de commande la fin de la bande ou le passage devant un amorce transparente. Pour le montage, la platine de défilement peut être équipée de ciseaux mécaniques, d’un tampon marqueur et d’un rail de collage.
La fonction Editing permet de faire défiler en avant ou en arrière avec une vitesse pouvant varier de 0 à la vitesse maximum de bobinage. Dans ce cas les capteurs de tension de la bande sont bloqués et la lecture fonctionne, permettant une recherche plus rapide.
Electroniques modulaires assistées numériquement
Les dernières générations de magnétophones analogiques possèdent une mécanique d'entraînement de la bande magnétique ainsi qu'une électronique contrôlées et assistées numériquement. L'introduction du microprocesseur dans ces machines a permis d'optimiser d'une part la technique analogique d'enregistrement / lecture et d'autre part d'ouvrir le magnétophone vers un environnement extérieur ( éditeur-vidéo, ordinateur ).
La technologie de ces machines concernant l'assistance numérique gérée par un microprocesseur repose sur deux types de commande :
- les commandes numériques au niveau de la mécanique du magnétophone et au niveau du transport de la bande magnétique .
- les commandes numériques au niveau des électroniques qui traitent le signal audio.
Electroniques de transport et du signal audio d'un magnétophone professionnel
- Gestion des commandes mécaniques et du transport de bande.
Sur le plan mécanique, le moteur-cabestan est asservi par quartz avec un système tachymètrique capacitif selon les modèles pour deux ou quatre vitesses de défilement. Les moteurs de bobinage sont alimentés par un courant alternatif triphasé. Ils sont commandés par un circuit qui délivre une tension de commande de fréquence variable s'opposant ainsi aux anciens systèmes où la tension de fréquence était fixe mais d'amplitude variable. Tous ces éléments destinés au transport de la bande magnétique sont montés dans un châssis rigide en fonte d'aluminium injectée. La conception du bloc de têtes magnétiques avec des guides bandes en céramique permet le démontage et le remontage de celui-ci sans se soucier de l'alignement des têtes et de leurs positions.L'électronique et la mécanique d'asservissement de la bande magnétique s'effectuent par une détection de position inductive, ce qui permet d'éviter un certain nombre d'erreurs de manipulation avec la bande en cours de montage. Toutes les fonctions concernant le défilement de la bande magnétique sont soumises à un traitement logique, il est ainsi possible de passer d'une fonction à une autre sans avoir à annuler la précédente. Le microprocesseur gère la cinématique de la bande magnétique au niveau de la platine et optimise la partie mécanique au niveau du défilement de la bande magnétique. L'utilisation du microprocesseur permet de diminuer les fluctuations d'origine mécanique (pleurage, scintillement, dérive en vitesse, vibrations) et demande une plus grande précision au niveau des mécanismes d'entraînement. Des opérations logiques permettent également de déterminer des points de détection sur la bande magnétique (adresses) et de stocker ces informations dans des mémoires. Ces fonctions sont rendues possibles grâce à l'installation d'un locateur sur le magnétophone. Toutes les fonctions concernant le défilement de la bande magnétique ainsi que les variations de vitesses peuvent se commander à distance (Remote Control) par l'intermédiaire d'un circuit électronique de contrôle parallèle installé dans le magnétophone (Parallel Remote Controls pour les magnétophones Studer A807,A810,A812,A820) et d'un accessoire de commande externe (Tape Deck Remote Controller). Les fonctions concernant les adresses détectées sur la bande magnétique et stockées en mémoires (LOC.) sont également accessibles par une commande à distance (Serial Controller) grâce à un interface sériel (Serial Remote Controls) installé dans le magnétophone (A812 et A820 seulement). La gestion numérique des fonctions mécaniques d'un magnétophone est un concept déjà fort répandu,en revanche, son évolution avec le développement de l'interface sériel semble loin d'être épuisée.
- Gestion des électroniques audios.
La gestion numérique des circuits électroniques qui traite le signal audio est un concept récent qui transforme entièrement l'optimisation d'un magnétophone analogique.
Dans ce cas le concept modulaire des électroniques est associé à une commande numérique. Ainsi tous les paramètres de réglages peuvent être programmés et mémorisés sous la forme numérique. Chez Studer les magnétophones comme le A 810 sont équipés d'une électronique numérique modulaire (Periphery Controller) permettant une commande des électroniques soit par accès manuel, soit par accès direct. Quand on sait que les performances d'un magnétophone analogique sont directement liées au protocole de mesures et de maintenance, l'assistance numérique ouvre une ère nouvelle pour cette catégorie de magnétophones. Avec le contrôle numérique, les potentiomètres ajustables conventionnels sont remplacés par des convertisseurs numérique / analogiques à 8 bits avec une résolution de 256 pas correspondant à un tour complet de potentiomètre . Les réglages se font sans contact mécanique, évitant ainsi tous les problèmes que l'on rencontre avec les ajustables (oxydation, micro-fissures des pistes de contact ...). La modification des paramètres s'effectue par l'utilisation de convertisseurs numériques-analogiques. Ces circuits sont traversés par le signal audio, ils permettent soit un réglage de gain, soit un réglage de filtrage (correction d'aigu). La tension du signal audio appliquée à l'entrée du convertisseur est comparée avec une tension de référence. Le réseau de résistances interne au convertisseur sert ainsi de potentiomètre et dose cette tension. En entrée sur le circuit d'enregistrement, le signal audio attaque un filtre passe-bas coupant ainsi toutes les fréquences supérieures à 25 KHz, de manière à éviter toute interférence avec la fréquence du signal de polarisation. Le signal audio est ensuite amplifié dans un circuit doté d'une contre-réaction variable en fonction de la fréquence. La fréquence de coupure, commandée numériquement, correspond à la constante de temps pour l'égalisation, en fonction de la vitesse et du type de bande.Les fréquences élevées du signal audio sont également accentuées en fonction de la vitesse de défilement et du type de bande.La distorsion de phase est compensée par un filtre du type d2 /d t2. La courbe de réponse globale en enregistrement /lecture sur un magnétophone analogique est un critère important, cependant la courbe de réponse en phase, souvent irrégulière, demeure également un critère tout aussi important.
Chez Studer, on se soucie particulièrement de ce problème afin d'obtenir une phase linéaire, ce qui fait sans aucun doute la différence. Le signal audio traverse deux amplificateurs programmables dont l'un permet le réglage du niveau d'enregistrement et l'autre le réglage du niveau des aigus. Un interrupteur numérique commande la constante de temps de 3180 µs correspondant à la norme N.A.B. Pour le réglage du courant de prémagnétisation, le convertisseur numérique-analogique (C.N.A) commande une tension continue qui agit sur l'entrée de commande d'un amplificateur à transconductance. Cet amplificateur à transconductance est suivi d'un amplificateur de puissance séparé destiné à la polarisation et à l'effacement. Tous les alignements audio sont programmables et mémorisés pour 4 vitesses, 2 types de bande magnétique , 2 égalisations (N.A.B, C.C.I.R) et 4 niveaux d'enregistrement (0 dbm, +4, +8, +10 dbm), ce qui représente un total de 64 combinaisons.
Les électroniques modulaires (circuits électroniques se présentant sous la forme d'une carte enfichable) sont regroupées sous le panneau avant du magnétophone (A 812).
Pour chaque canal audio nous avons :
- une électronique d'enregistrement, une électronique de lecture, chacune comprenant un circuit compensateur de phase optimisant la réponse en fréquence et en phase, un amplificateur H-F (pour la prémagnétisation et l'effacement), un amplificateur-ligne,
- une commande périphérique à clavier pour l'entrée des paramètres audio, une touche (Store) permet de sauvegarder les paramètres dans une mémoire non volatile hors tension. L'affichage hexadécimal du compteur de bande indique également le contenu des mémoires et délivre un diagnostic lorsqu'une panne est détectée,
- un interface sériel
- une commande transport de bande avec les réglages des tensions de bande
- un micro-processeur (MP Unit).
Les électroniques optionnelles concernent les électroniques d'enregistrement et de lecture du code temporel ainsi qu'une électronique particulière et exceptionnelle appelée Code Delay Unit (A810 T-C FM/AATON/NEO). Cette dernière est caractérisée par une ligne à retard numérique commandée par un micro-processeur séparé. Cette ligne à retard permet de compenser tous les décalages existants entre la tête audio et la tête code selon la vitesse de défilement et le sens du défilement. La coïncidence des signaux permet ainsi d'éviter l'utilisation systématique d'offset à partir d'un synchroniseur. En option, on trouve également un commutateur Mono/Stéréo avec ou sans le circuit oscillateur-test délivrant les fréquences suivantes (60 Hz, 125 Hz, 1KHz, 10 KHz et 16 KHz) avec un atténuateur de 10 dB.
La programmation numérique des paramètres repose sur le principe suivant (Fig.51) :
Les données de base délivrées par le constructeur ainsi que les limites et la position moyenne de chaque paramètre sont inscrites dans une mémoire ROM. Ces données de base constituent une référence. La mémoire RAM 1 contient les informations qui permettent au microprocesseur de commander les différents paramètres du magnétophone. Lorsque des erreurs sont détectées dans la mémoire d'exploitation RAM 1, les données de base de la mémoire ROM peuvent être transférées dans cette dernière.
La mémoire RAM 2 constitue une mémoire de travail. Elle peut être activée par l'utilisateur lorsque celui-ci désire réaliser une programmation manuelle.Les électroniques programmables sont reliées en permanence à un bus de données. Ces dernières reçoivent les informations au travers de leur décodeur d'adresse respectif. Cette configuration possède un double avantage. Le premier concerne directement l'utilisateur qui peut, en toute sécurité, exploiter de manière permanente le magnétophone avec un souci d'optimisation. Cette configuration met fin à toute forme de perplexité qui peut quelque fois nous envahir lorsqu'un doute surgit face à un banc de mesure complexe et sophistiqué. Le second concerne le domaine de la formation. Grâce à l'utilisation de la mémoire de travail RAM 2, il est possible de mettre en évidence l'action des différents paramètres qui traitent le signal audio dans un système d'enregistrement / lecture. La démonstration peut être rapide et pertinente. Elle permet d'évaluer l'efficacité des réglages, de connaître les erreurs et d'apprécier les limites d'un système. Cette action possède une grande souplesse puisqu'à tout instant on peut revenir à un état initial.
L'interface sérielle
Associé à la programmation numérique, l'interface sérielle contrairement à l'interface parallèle n'est pas une simple commande à distance. L'interface sérielle ouvre le magnétophone vers un environnement extérieur (éditeur vidéo, ordinateur ...). Elle permet de mieux intégrer le magnétophone analogique à un environnement de plus en plus orienté vers le numérique. Chez Studer l'interface sérielle est compatible avec le standard RS 232 C ( la vitesse de transmission est commutable de 300 à 9600 Bauds). Les paramètres audio peuvent être mémorisés sur un support extérieur comme une cassette par exemple ou sur une bande magnétique et directement sur le magnétophone concerné. Ces paramètres sont lus par l'intermédiaire de l'interface sérielle. Ce système permet également la commande du ou des magnétophones par un ordinateur ( RS 422 compatible avec le code S.M.P.T.E / E.B.U).
Magnétophone Studer A807 monté sur console mobile
Studer A807 en version transportable avec poignées latérales
Studer A807 en valise
Studer A807 montés en rack
Magnétophone mutipistes 2 pouces 24 pistes Studer A 827
avec sa télécommande en console mobile
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