L'ENREGISTREMENT MAGNETIQUE DU SON

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TELEGRAPHONE

En 1881, Edison avait déjà envisagé le magnétisme pour l’enregistrement du son.
En 1888, le principe de l'enregistrement magnétique est développé sur le plan théorique par l'Anglais Oberlin Smith.
Télégraphone de Poulsen
En 1898-1899, Valdemar Poulsen dépose une demande de brevet pour la construction d'un appareil qu'il appelle Télégraphone. Ce premier Télégraphone de Poulsen diffère beaucoup par son aspect des magnétophones actuels car il était une sorte de copie magnétique du phonographe. Sur un cylindre entraîné régulièrement par un petit moteur électrique, étaient enroulés des spirales serrées de fil d'acier d'une épaisseur de 0,5 à 1 mm. Contre ces spires s'appuyait un électro-aimant dont l'entrefer était logé de façon transversale. Le principe de l’enregistrement magnétique a donc été non seulement connu, mais encore utilisé, par le télégraphone dès 1899.
En 1900, à l'exposition universelle de Paris, Valdemar Poulsen eut droit à la remise du grand prix pour un type plus perfectionné de son télégraphone : il abritait un ruban d'acier qui se déroulait d'une bobine et s'enroulait sur une autre, en passant par l'entrefer d'un électro-aimant.
En 1903 le télégraphone de Poulsen attira l'attention du Dr Stille qui réduisit la vitesse de défilement du ruban métallique de 20 m à "seulement" 1,2 m par seconde mais il n'en resta malheureusement qu'aux essais.
En 1915, le brevet de Poulsen expira et les Allemands firent des recherches sur l’enregistrement magnétique.
En 1920, le Dr Stille fonde une société pour le développement des enregistreurs magnétiques.
En fait, c’est le manque d’amplificateur qui empêcha à l’époque de rendre aussi audible qu’un phonographe, le signal très faible émis par la tête magnétique ce qui cantonait les appareils dans l’usage de dictaphones. L’enregistrement magnétique dut alors attendre jusqu’à l’invention des lampes amplificatrices par Lee De Forest pour se développer.
En 1939, Marvin Camras met au point le magnétophone à fil d’acier à amplificateur à lampe. Ils se sont alors développés parallèlement à ceux à bandes et furent popularisés par des firmes telles que WEBSTER de Chicago, WIREWAY, GELOSO, ACEC jusque 1955. Certains étaient même miniaturisé, alimentés sur piles et donc portables et étaient utilisés comme dictaphones. Dans ce cas le fil était nettement plus fin et les bobines plus petites.

BLATTNERPHONE

Le Blattnerphone utilisa le procédé du Dr Stille. Cet appareil utilisant un ruban d’acier fut à l’origine conçu pour adjoindre le son au cinéma. C’est pourquoi sa genèse a été expliquée ailleurs, dans “le cinéma sonore”. Lorsque d’autres procédés permirent le cinéma sonore, le Blattnerphone fut alors utilisé comme simple magnétophone. Les perforations inintéressantes en dehors de l’utilisation cinématographique furent abandonnées.
L’ingénieur en chef de la BBC qui avait assité en 1929 à la première démonstration du Blattnerphone était intéressé par l’emploi de cette machine pour rediffuser des émisions sur ondes courtes à destinations de pays situés sur d’autres fuseaux horaires. L’appareil présentait une réponse en fréquence acceptable pour cet emploi et permettait surtout une plus longue durée que les disques.
A partir de 1930, la BBC acheta plusieurs appareils en vue de test et d’améliorations.
En 1932, une seconde génération de Blattnerphones vit le jour. Elle utilisait un moteur synchrone qui permettait une vitesse stable et de nouveaux circuit d’amplification et d’équalisation.
En 1933, la société Ludwig Blattner Pictures Corp., Ltd, fut liquidée et les droits du Dr Stille revendus à Marconi qui refit une nouvelle version de l’appareil. Ce sont ces machines qui équipèrent la BBC jusqu’à l’avènement du magnétophone à bande plastique après la seconde guerre mondiale.

LA BANDE MAGNETIQUE

En 1928, le premier appareil à être proche du magnétophone moderne est construit par Fritz Pfleumer qui a remplacé la bande d'acier primitive par une bande de papier "Kraft" revêtue d'une mince couche de fer.
En 1932, BASF de I.G Farben s’associe à AEG/Telefunken pour exploiter le brevet de Pfleumer. Avec leur aide, cellui-ci remplace la bande de papier par une bande de matière plastique, revêtue également d'une mince couche de fer.
Dès 1934, l'usine B.A.S.F. de Ludwigshafen fournit 50.000 mètres de bande magnétique sur support en acétate de cellulose. Ce support rigide offre l'avantage de casser de façon nette, sans s’étirer.
En 1935, le nouvel appareil, appelé magnétophone, est présenté à l'Exposition de la Radiodiffusion de Berlin et est commercialisé.
Le magnétophone de cette époque utilisait encore la prémagnétisation à courant continu et le bruit de fond assez important ne pouvait être supprimé. La vitesse défilement était de 7,6 mètres par seconde. En 1940 les travaux de deux allemands, H.J. Von Braunmülh et Walter Weber permettent à l'enregistrement magnétique de faire un immense progrès en qualité. En effet, avant cette date, le courant modulé était envoyé directement à la tête d'enregistrement. Von Braunmülh et Weber découvrirent un peu par hasard qu'en superposant un courant à haute fréquence (dit de "polarisation") au courant basse fréquence dirigé vers la tête d'enregistremement on supprimait les distorsions existant jusque-là dans les enregistrements magnétiques. Ces perfectionnement restèrent secret car la seconde guerre mondiale avait commencé.
En 1942, l’utilisation du magnétophone par l’Allemagne nazie déconcerta les services de renseignements alliés en Angleterre, affectés à l’écoute des radios allemandes. Ils commencaient en effet à capter des retransmissions d’opéras allemands d’une stupéfiante netteté à n’importe quelle heure de la nuit et cela sans l’habituel grattement de l’aiguille sur le disque. Outre la musique en haute fidélité, ils pouvaient entendre des enregistrements des discours d’Hitler d’une troublante qualité de reproduction, émis depuis des villes très éloignées. L’énigme du don d’ubiquité d’Hitler allait être résolue deux ans plus tard.
En 1944, 3M C° commence à faire des recherches sur les bandes sous la direction de Ralph Oace pour la Brush Development C°.
En 1945, le capitaine John T. Mullin du Signal Corps U.S. trouve dans les locaux de Radio Frankfort des magnétophones ainsi que des bandes BASF de 1000 mètres, 1/2 pouce, d’une durée de 20 minutes (d’après d’autre sources, c’est en Septembre 1944 que ce major trouve deux appareils dans les studios allemands de Radio-Luxembourg). Plusieurs stations de radio réparties sur le territoire allemand avaient ainsi utilisé des magnétophones pour retransmettre les discours d’Hitler. Les appareils dont le major Mullin fait la démonstration aux U.S.A. attirent l’attention d’Alexander Poniatoff, fondateur et président de la firme Ampex Corporation qui à l’époque fabriquait des pièces destinées aux radars des troupes aéroportées de la Marine américaine. L’expiration des contrats de guerre obligeant Poniatoff à chercher de nouveaux débouchés, il contacta Mullin qui aida alors les ingénieurs à concevoir leur propre magnétophone. Ray Dolby qui inventera plus tard un procédé de réduction de bruit qui porte son nom faisait partie de l’équipe
En 1946, Ampex s’inspire des appareils allemands pour construire son premier magnétophone. Ce procédé d’enregistrement ne se serait pas aussi facilement imposé sans l’appui du chanteur Bing Grosby. Ce dernier, impatient d’enregistrer à l’avance ses émissions de radio, était toujours soucieux d’améliorer la qualité des enregistrements. Mullin fut invité à enregistrer sur bande l’un des spectacles de Crosby, et le résultat impressiona tellement le chanteur qu’il demanda à Mullin comment se procurer un magnétophone. Mullin et Ampex lui firent alors livrer un ensemble d’enregistreurs audio dans le mois.
En 1948, le premier magnétophone à bande américain, l’Ampex 200 est prêt ainsi que la bande 3M/Scotch 111 à oxyde ferrique. Magnecord construit un modèle stéréo.
La composition des bandes magnétiques
Dès la fin de la seconde guerre mondiale, le polyvinyle (PVC) et le polyester firent leur apparition : ce sont des supports plus résistants, plus stables et plus souples que l'acétate. Les bandes de tri-acétate de cellulose, comme d'ailleurs les films de cinéma, ont en effet tendance à se déformer et elles deviennent cassantes après plusieurs années de stockage. Ces nouveaux supports ont néanmoins un inconvénient : en cas de traction brutale, ils peuvent s'étirer et même devenir de vraies ficelles. Par contre, leur souplesse leur permet de mieux s'appliquer contre les têtes magnétiques et l'on obtient alors une meilleure reproduction des fréquences aiguës. Pour éviter un étirement de la bande au cours des rebobinages rapides ou des freinages, les fabricants ont été amenés à pré-étirer le support dans les deux sens avant le couchage de l'enduit magnétique. A titre d'exemple, un support en polyester ordinaire auquel on applique une force de traction de 15 kg s'allonge de 190% avant de se rompre. Le même support pré-étiré, auquel on applique la même force de traction s'allonge seulement de 15%. La firme Dupont de Nemours a déposé la marque "Mylar" pour le polyester pré-étiré mais tous les fabricants de bandes magnétiques utilisent cette technique.
Aux environs de 1960, les chimistes ont pu obtenir avec le même oxyde, des cristaux aciculaires de 0,8 à 1 micron de longueur, où les aiguilles étaient toutes orientées dans le même sens au moment du couchage de l'enduit. Mais pour diminuer le bruit de fond propre à la bande, les ingénieurs ont réduit la longueur des aiguilles à 0,2 ou 0,3 micron de long. L'impulsion provoquée par la légère aimantation naturelle de chaque aiguille étant plus faible, le bruit de fond diminue de 3 à 4 dB. Ces bandes magnétiques ont été commercialisées sous le nom de "low-noise" (faible bruit). La finesse des particules magnétiques contenues dans l'émulsion active qui revêt la bande magnétique, joue un rôle important, car les bandes actuelles comportent jusqu'à 150 000 millions d'aiguilles magnétiques par mm².
La désignation des bandes magnétiques est dérivée de celle des premières bandes "standard". Au fil des années on a réduit leur épaisseur de deux tiers environ ; ainsi, une bobine de même diamètre peut contenir une bande plus longue de 50%, si bien que la durée d'écoute est plus longue. Au début, les bandes étaient désignées Long Play mais plus tard on les a remplacées par des bandes Double Play et même Triple Play.
La vitesse de déroulement de la bande s'est vite stabilisée à 19,05 cm par seconde ; on est parvenu par la suite à la réduire à 9,5 cm. Actuellement on utilise les vitesses suivantes :

38,1 pour l'enregistrement professionnel
19,05 pour les enregistrements professionnels ou les amateurs
9,5 pour les bons enregistrements d'amateur
4,75 pour les enregistrements d'amateur de qualité inférieure
2,4 pour l'enregistrement de la parole

LES CASSETTES

C'est en 1961 que Philips mit au point la minicassette audio ou compact cassette (CC). Elle mesurait 100 mm de long. Conçue pour la stéréo, elle est également utilisable en mono. Cette cassette ainsi que le premier magnétophone à cassettes furent présentés en 1963 à Berlin. Afin de mieux imposer son système à travers le monde, Philips choisit de céder gratuitement son brevet à tous les constructeurs qui le désiraient. La largeur de la bande contenue dans la cassette était de 3,81 cm et sa vitesse de 4,75 cm/sec.
Les recherches effectuées pour l'enregistrement des images sur bandes magnétiques ont ammené les fabricants à proposer un nouveau ruban au bi-oxyde de chrome (CrO2) destiné aux magnétophones à cassettes. On obtient avec lui une dynamique plus importante et un meilleur rendement dans les fréquences aiguës mais il est nécessaire de disposer d'un courant d'effacement et de polarisation plus important que pour les bandes ordinaires. C'est pourquoi les appareils disposent d'une touche pour passer du réglage "Fe2O3" au réglage "CrO2". Un trou supplémentaire sur le boîtier de la cassette permettait à l'appareil de reconnaître une cassette au dioxyde.
Par après, les recherches pour améliorer la qualité des bandes vidéo a conduit à l’utilisation de bande dites “Métal” dans les cassettes. Là encore, les appareils à cassettes devaient avoir une position supplémentaire sur le sélecteur de type de bande.

Figure 12 : Cassette compact

LES CASSETTES 8 PISTES

Les cassettes 8 pistes sont d'origine américaine, elles sont nées à Détroit où les constructeurs automobiles étudiaient dans les années 50 un nouveau gadget pour l’automobile. En 1966, les automobiles américaines en sont équipées. Boudée en Europe, où la musicassette est reine, elle a atteint en 1975, aux U.S.A., le record de vente : 86 millions d’unités. Elles contenaient une bande de 6,35 de large comparable à celle des magnétophones mais montée en boucle sans fin. Il y avait 8 pistes, soit 4 programmes stéréo. A la fin du premier programme, la tête se déplaçait sur le deuxième et ainsi de suite. On ne devait jamais retourner la cassette. Ces cassettes étaient surtout destinées aux auto-radios bien qu'il y eut des modèles de salon. Le problème de ces appareils était le déplacement mécanique de la tête qui ne retrouvait pas toujours une position de lecture optimale. Elles furent supplantées par les cassettes compact.

ELCASET (1977)

Aussi appellé maxi-cassette par opposition aux mini-cassettes, son nom dérivait de “Large cassette” ou L-Cassette. La cassette avait de plus grandes dimensions que la cassette compact inventée par Philips : 4 pouces sur 6 pouces. Elle contenait une bande de 6,35 mm qui défilait à 9,5 cm/sec combinant ainsi la haute fidélité des magnétophones à bande avec la simplicité de chargement des cassettes. Il y avait 4 pistes sonore et deux de contrôle. Lors de l’introduction de la cassette dans l’appareil, la bande était extraite et ammenée par un mécanisme de précision sur les têtes. Les machines étaient dotées d’un système équivalent au Dolby et le TEAC AL-700 pouvait utiliser une unité Dolby externe. Les performances : bande passante de 20 à 20.000 Hz et dynamique de 72 dB avec Dolby.
Le système s'est très peu répandu sans doute à cause des améliorations apportées aux cassettes classiques et du prix élevé des appareils. Seuls Sony, JVC, TEAC et Technics en ont vendu et le système fut retiré du marché deux ans plus tard.

LES MICROCASSETTES

Il s'agit d'un autre type de cassette audio, de format plus petit que la minicassette Philips, brevetée en 1976 par la firme japonaise Olympus. Fonctionnant à vitesse très réduite, elle est surtout utilisée dans les magnétophones de poche, qui servent de "bloc-notes" audio.

LES PICO-CASSETTES

En avril 1985, les firmes japonaise JVC et américaine Dictaphone lancent en commun un nouveau format de cassette audio : la pico-cassette, et une machine à dicter utilisant ce standard. La pico-cassette contient une bande de 2 mm de large. Elle permet une heure d'enregistrement à la vitesse de 0.9 cm par seconde.

LE DAT

A partir de 1980 plusieurs constructeurs japonais ont étudié un lecteur de cassettes audio utilisant l'enregistrement numérique (Digital Audio Tape ou DAT), offrant une qualité sonore équivalente à celle du disque compact. Deux standards étaient en présence : le S-DAT proposé par JVC, à têtes fixes, et le R-DAT mis au point par Matsushita et Sony, à têtes rotatives, adopté depuis par tous les constructeurs. Aïwa a, le premier, commercialisé le DAT au Japon, en février 1987.

LES CASSETTES DCC

La cassette DCC inventée par Philips fait comme le DAT appel à l'inscription numérique. Mais, et c'est là le point fort du principe, il ne renie en rien les investissements préalablement effectués par les consommateurs : les cassettes "normales" (CC) peuvent être utilisées sur les nouveaux appareils DCC.
Ces appareils permettent de continuer à utiliser les cassettes CC, en revanche on ne bénéficie de la qualité numérique qu'avec les DCC. Le concept de la DCC s'oppose au Mini-CD car s'il s'agit tous deux de supports permettant l'enregistrement numérique, la DCC comporte le désavantage de ne pouvoir être accédée que par le défilement de la bande. En fait, Philips propose une sorte de DAT mais entièrement compatible avec le parc existant en la matière. Cette compatibilité constitue évidemment le grand point fort du système Philips.
Comme son concurrent, la DCC fait aussi appel à des techniques de compression de données pour pouvoir loger toutes les informations sur sa bande magnétique. Celle-ci est de type chrome. Elle est protégée par un volet métallique, comme une disquette d'ordinateur. Lors du chargement de la cassette, cette protection coulisse, donnant libre accès à la bande. Comme la cassette traditionnelle, la DCC possède la fonction autoreverse.

Disposition des pistes sur la bande
Le signal sonore est enregistré sur 8 pistes parallèles (0 à 8), de 185 microns chacune. Comme la largeur de la piste nécessaire à la lecture n'est que de 70 microns, cette grande tolérance absorbe pas mal de chocs. Une piste additionnelle véhicule les informations d'affichage et d'asservissement. Ce qui permet de faire apparaître le numéro de la plage lue et son titre.

Tête d'enregistrement-lecture pivotante
Le bloc de têtes comporte, en outre, deux têtes (de lecture seulement) pour les cassettes conventionnelles (A1 et A2). Il y a ainsi un total de onze têtes sur le bloc