1-5-4-1 : Gabarit de réglage bras et cellule pour platine vinyle

Mise à jour : 23 juin 2023, Antidote 11.

 

Gabarit de réglage bras et cellule

Un internaute m'a posé une question toute simple : Comment régler un bras dont la distance entre l'axe de rotation du bras et le diamant = 300 mm ?
Il y a deux paramètres à régler :

• Le dépassement par rapport à l'axe de rotation du plateau.
• L'angle de la cellule par rapport au bras.

Ces deux paramètres sont réglés pour annuler l'erreur de lecture en deux points du disque 33 tours, rayon 66.04 mm et 120.9 mm pour le gabarit Pro-Ject Strobe It.
Le seul inconvénient de ce gabarit est qu'il n'indique pas de façon explicite la distance entre l'axe de rotation du bras et le diamant...

Le deuxième point est qu'il faut vérifier l'angle d'erreur en trois autres points, le rayon mini, le rayon milieu et le rayon maxi, pour rendre l'erreur identique.
Cela demande de connaître les rayons mini et maxi d'enregistrement sur un 33 tours, un internaute m'a fait des mesures sur le premier et dernier sillon enregistré, par sur les sillons lisses du début et de fin :
Diamètre 120, 124, 128 et 134 mm, je retiens 120 mm.
Diamètre 285 et 290 mm, je retiens 290 mm.

Il y a quelques années, j'aurai pris un gabarit du commerce sans trop me poser de questions.
Aujourd'hui je veux vérifier les choses par tracé CAO, et ainsi pouvoir répondre à toutes demandes hors des standards.
En traçant moi-même les choses, je suis certain de mon gabarit, et je pourrai vous le prouver si vous me faites une demande...
Je me souviens d'un article de la revue L'Audiophile qui avait traité le sujet pour une distance précise, pas moyen de remettre la main dessus...

Image commerciale du gabarit Pro-Ject Strobe It.

 

Définition, bras, plateau, disque :

Le bras fait 300 mm de long, le point à l'extrémité représente le diamant d'un côté, l'axe de rotation du bras de l'autre.
Le porte-cellule est représenté par 2 traits perpendiculaire, l'angle de la cellule avec l'axe du bras de 19.65°, et une côte de 50 mm arbitrairement choisie.

Le plateau est positionné avec un trait horizontal qui arrive au milieu du bras, et la côte de 284.5 mm entre las axes bras et plateau.
Le dépassement du bras, par rapport à l'axe de rotation du plateau, est de 15.5 mm.

Le disque est matérialisé par le diamètre du sillon le plus petit, 120 mm, et le plus grand, 290 mm.

 

Erreur sur petit et grand diamètre :

Les trois traits qui matérialisent le bras et le porte-cellule ont été positionnés vers le petit diamètre du disque.
Les propriétés "ligne de longueur égale" évitent d'avoir à remettre les côtes.
Le point représentant le diamant est placé "coincident" au petit diamètre.
Le bras est ainsi "totalement contraint" en position sur le petit diamètre.

Une ligne supplémentaire a été ajoutée, ligne qui part du point représentant le diamant, et qui est tangente au petit diamètre.
L'angle d'erreur est directement mesuré entre la ligne représentant l'angle de la cellule, et la ligne ajoutée ci-dessus.
Cet angle d'erreur est la grosse surprise de cette étude, ce n'est pas grand-chose !!!
Il faudrait augmenter l'angle de la cellule sur le bras pour diminuer cette erreur.

Même chose pour le grand diamètre.

 

Diamètre sans erreur sur le disque :

Le bras est redessiné comme ci-dessus, et positionné sur un diamètre non coté.
La ligne représentant l'angle de la cellule est configurée tangente au diamètre, action qui définit exactement le diamètre et la position du bras.
Le diamètre est coté pour avoir sa valeur.
La ligne qui va du centre du disque au diamant est rigoureusement perpendiculaire à la cellule, sur le diamètre indiqué.

Même chose pour le grand diamètre.

 

Erreur vers le milieu du disque :

Le bras est redessiné comme ci-dessus, et positionné sur un diamètre non coté.
Une ligne supplémentaire a été ajoutée, ligne qui part du point représentant le diamant, et qui est tangente au diamètre vers le milieu du disque.
L'angle d'erreur est ajouté, mais c'est une côte "pilotante"

Par itération successive, la valeur de l'angle est modifiée manuellement pour trouver l'erreur maximale.
Cet angle d'erreur est la grosse surprise de cette étude, ce n'est pas grand-chose !!!
Il faudrait diminuer l'angle de la cellule sur le bras pour diminuer cette erreur, l'erreur est "dans l'autre sens" par rapport au début et à la fin du disque.
Une fois l'erreur maximale trouvée, le diamètre est mesuré, c'est une côte "pilotée"

Ce diamètre ne change pas quand on modifie l'angle de la cellule sur le bras, cela fait partie des surprises de l'étude.
Cela permet, en changeant "pilotée" en "pilotante", et inversement, pour les deux côtes, de changer l'angle de la cellule et d'avoir l'erreur en lecture directe.

La ligne qui va du centre du disque au diamant est n'est pas rigoureusement perpendiculaire à la cellule, sur le diamètre indiqué.
Il y a une petite erreur, certainement invisible avec un gabarit.
Comme il n'est pas plus difficile de faire les choses sur le bon diamètre, nous oublierons celui-ci !!!

 

Optimisation :

Nous avons deux variables de réglage, le dépassement du bras, et l'angle de la cellule.
Pour un dépassement de bras arbitrairement choisi, il faut trouver l'angle de la cellule qui minimise les erreurs.
Puis une fois cette première solution trouvée, il faut changer légèrement le dépassement du bras, pour trouver un nouvel angle de la cellule qui minimise les erreurs.

La meilleure solution est celle qui a le moins d'erreurs, et c'est un compromis plus ou moins facile à définir.
C'est à ce niveau que l'aide des internautes sur un forum devient utile.

Il faut déjà se mettre d'accord sur les côtes du disque, les diamètres mini et maxi des sillons enregistrés.
Mesurer l'erreur sur le sillon lisse du début ou de la fin du disque n'a rigoureusement aucun intérêt.
Je n'ai plus de vinyle chez moi, je lance un SOS aux forumeurs, prenez plusieurs disques pour faire une moyenne, merci.

 

Réglages en pratique :

Je me revois il y a des années avec ma platine vinyle, mon mètre ruban, pour essayer de mesurer la distance entre l'axe de rotation du bras et celui du plateau, ou entre l'axe de rotation du bras et le diamant.
Honnêtement à deux ou trois millimètres près, on ne sait pas ce qu'on mesure.
Pour un bras de 300 mm, 2 mm de différence sur la distance entre l'axe de rotation du bras et celui du plateau, c'est 2° de différence qu'il faut sur l'angle de la cellule.
Pour peu que vous ayez cumulé les erreurs dans le mauvais sens, vous vous retrouvez facilement avec 5° d'erreur.
Ce n'est plus le 1° à 2° de l'étude théorique !!!

L'angle de la cellule doit être réglé précisément, mais c'est un réglage à l'œil, ce n'est pas de la métrologie.
Même avec un gabarit de réglage parfaitement conçu et tracé, quelle précision pratique pensez-vous obtenir ?
Les petites lumières en bout du bras permettent de faire varier l'angle de la cellule, mais aussi la distance entre l'axe de rotation du bras et le diamant, en améliorant l'un, ne dégradez-vous pas l'autre ?

Il faut avoir conscience des limites de ce que l'on peut mesurer et régler, même avec un gabarit de réglage parfait...

 

Mesures :

J'ai essayé d'optimiser les choses le mieux possible, mais il est nécessaire d'échanger à plusieurs pour être certain des choix.
Ci-dessous, 6 tableaux de mesures pour 6 entraxes différents de 0.25 en 0.25 mm, et pour chaque entraxe 4 à 6 angles de cellule différents avec 0.1° et même 0.05° de différence.

 

Je retiens un dépassement de 14.75 mm, avec un angle de cellule de 19°, parce que c'est là que les erreurs changent de sens en même temps.
L'erreur est à 0° sur les diamètres 135.1 mm et 255.6 mm.
J'aurais voulu en parler avec d'autres internautes sur un forum, je n'ai trouvé personne...
Ce n'est que partie remise ?

 

Gabarit, dépassement de la cellule :

Il faut quelque chose pour mesurer le dépassement de 14.75 mm entre le diamant et l'axe de rotation du plateau.
Mais il y a à ce niveau un problème auquel on ne s'attend pas :
L'axe du plateau dépasse de 10 mm environ au-dessus du plateau.
Quand vous mettez le bras vers le centre du plateau, la cellule repose sur l'axe du plateau, et le diamant est 10 mm au-dessus du plateau.
Donc si vous mettez un gabarit plastique de 1 mm d'épaisseur, ou un gabarit encore plus fin en papier, le diamant ne repose pas sur le gabarit, et vous ne réglez pas de façon précise le dépassement de la cellule...
Ne venez pas me dire que vous avez l'œil, c'est indéfendable !!!

Le gabarit de réglage du dépassement doit avoir une épaisseur égale à la hauteur de l'axe du plateau.
C'est un point que je n'ai vu, ou lu, nulle part...
Si vous réglez le dépassement d'un bras de 300 mm de long 10 mm plus haut, vous faites une erreur de 0.167 mm, que l'on peut arrondir à 0.2 mm.
Ce n'est pas encore énorme, mais il est possible d'en tenir compte dans un gabarit surélevé.

Sans faire le moindre tracé, 300 - racine(300² - 10²) = 0.167 mm.
C'est 0.240 mm d'erreur pour un axe de 12 mm de haut et 0.375 mm d'erreur pour un axe de 15 mm.

Je fais l'hypothèse que l'axe de rotation du bras est bien dans le plan horizontal du disque.
Si l'axe était plus haut ou moins haut, un tracé CAO indiquera la valeur de correction à utiliser.
Un gabarit de 12 mm de haut, pour notre bras de 300 mm, doit être réalisé à 14.75 - 0.24 = 14.51 mm de diamètre.
Pas sûr que ça change grand-chose pour le réglage final, mais ce n'est pas plus cher non plus.

 

Gabarit, orientation de la cellule :

Pour notre bras de 300 mm, l'orientation de la cellule doit être de 19°.
L'erreur est de 0° pour les diamètres 135.1 mm et 255.6 mm, ce qui veut dire que la cellule est perpendiculaire à une droite qui passe par l'axe du plateau.
Les images sur le diamètre sans erreur sur le disque le montrent bien.

Le gabarit Pro-Ject Strobe It est tracé avec les diamètres 66.04 * 2 = 132.08 mm et 120.9 * 2 = 241.8 mm.
Quelle erreur faisons-nous à l'utiliser ?
Un chiffre après la virgule sur l'angle est très largement suffisant !!!

 

Les erreurs sont de -0.2° sur la position la plus proche de l'axe et de +0.3° sur la position la plus loin de l'axe.
Personne n'est capable de régler l'orientation d'une cellule de façon aussi précise à l'œil.
Donc il n'y a pas besoin d'un gabarit spécifique pour l'orientation de la cellule, ceux du commerce conviennent très bien.
N'usons pas le soleil lorsque cela ne sert à rien, il fallait simplement démontrer que c'était inutile de faire mieux.

 

Gabarit global :

Si vous êtes capable de mesurer au 1/10^e de millimètre près la largeur de votre cellule, et qu'elle a des faces parallèles.
Ce petit gabarit, à faire usiner dans un petit bloc d'aluminium 2017A, fait à la fois le dépassement de la cellule avec la rainure circulaire autour de l'axe, et l'orientation de la cellule avec un minimum d'erreur.
C'est un gabarit personnalisé, qui ne conviendra qu'à votre bras et à votre cellule.
Il sera côtés aux valeurs théoriques calculées correspondant à votre cas.
Les incertitudes seront les jeux fonctionnels entre la cellule et le gabarit. Les jeux au niveau de l'axe ne sont pas significatifs.

Il y a un repère de la position du diamant au niveau de la fente d'orientation, de telle sorte que la rainure soit perpendiculaire à un axe passant par l'axe du plateau et le repère.
Il y a un dégagement en pente douce au niveau de la rainure pour le réglage du dépassement, pour être sûr que le diamant puisse aller dans la rainure circulaire.
La rainure peut être réalisée à la côte de la cellule plus un ou deux dixièmes, ou 1 ou 2 mm plus large si vous avez deux jeux de jauges d'épaisseur pour centrer la cellule avec les jauges.

 

Conclusion :

Pour un bras de longueur non standard, il est nécessaire de trouver le dépassement optimal par tracé CAO.
Cette longueur du dépassement devra être corrigée avec la hauteur de l'axe, c'est trop bête de laisser passer quelques dixièmes à ce niveau.

Le réglage de l'orientation de la cellule se fera avec un gabarit du commerce, dont on aura vérifié qu'il est assez précis.

Cette petite étude ne réinvente pas le fil à couper le beurre, mais précise les erreurs qui sont habituellement inconnues.
J'aimerais bien avoir d'autres avis sur la prise en compte de la hauteur de l'axe du plateau...

 

Liens :

Calculateur d'alignement, en PHP.

 

Bras semi-uni pivot pour TD

Le but n'est pas de décrire complètement un bras de 33 tours que j'ai réalisés il y a bien longtemps.
Le but est, en 2 images, de vous indiquer le principe retenu, pour ne pas que l'idée se perde.

Par définition, un bras uni pivot est instable.
L'idée est de rajouter un tout petit roulement à billes dans le plan horizontal, avec un plat vertical qui s'appuie dessus, et un contre poids latéral pour maintenir le plat contre le roulement.

La pièce principale est une pointe de bic, tout simplement...
Le support est une tige filetée M8, avec deux écrous pour le réglage en hauteur.
Le tube est en aluminium, comme les autres pièces constituantes, assemblage du bras collé à l'Araldite.

 

Dôme Acoustique