Comment lire les caractéristiques d’une cellule phono ?

Choisir une cellule phono pour sa platine vinyle n’est pas forcément facile pour ceux qui ne sont pas familiers avec cet univers. Les fiches techniques des cellules phono sont généralement riches de nombreuses informations qui peuvent dérouter à la première lecture.

Les lignes qui suivent devraient vous aider à comprendre les différentes caractéristiques des cellules phono, dans le but de faciliter votre choix. La seconde partie aborde les différentes spécifications mesurables des cellules phono, d’abord pour les définir simplement, mais aussi pour tenter d’expliciter leur incidence à la fois sur l’écoute et sur l’accord de la cellule avec les autres éléments de la platine.

La conception de la cellule

Le rôle de la cellule phono est de convertir le mouvement de la pointe de lecture, qui parcourt le sillon du disque, en un signal électrique. Celui-ci est ensuite pré-amplifié et traité selon une courbe d’égalisation spécifique afin de lui rendre sa tonalité originale. Les caractéristiques techniques d’une cellule phono, sa conception “mécanique”, sont les premiers éléments à considérer avant l’achat : le type de disques auxquels elle se destine, l’interface de montage, le type de générateur et la pointe de lecture sont autant de critères qui orientent le choix d’une cellule, avant même de considérer leurs performances mesurables…

La réponse aux questions qui suivent permet donc d’effectuer une première sélection et d’orienter le choix vers les cellules adaptées à ses besoins.

Une cellule phono pour quels disques ?

On distingue trois types de disques qui peuvent être lus sur une platine vinyle :

• les disques vinyle (microsillons) 33 tours et 45 tours stéréophoniques,
• les disques vinyle (microsillons) 33 tours et 45 tours monophoniques,
• les disques 78 tours pour gramophones.

Ces trois types de disques nécessitent chacun un type de cellule spécifique, adaptée à leurs caractéristiques particulières. Le type de disque qu’on souhaite lire est donc le premier critère de choix d’une cellule phono.

Disques 78 tours “Shellac”

Les disques 78 tours étaient généralement fabriqués en gomme-laque (ou Shellac), une résine d'origine animale (sécrétée par un insecte d'Asie du Sud-Est), mélangée à de la poudre d'ardoise et de la cire. Très fragile, ce matériau imposait la gravure d'un sillon très large (environ 4 fois celle d'un microsillon sur disque vinyle). La lecture d’un disque 78 tours nécessite donc une cellule avec une pointe de lecture adaptée, de plus large diamètre.

Disques vinyle monophoniques

Les premiers disques vinyle apparus au début des années 50 proposent un son monophonique, avec un pressage présentant uniquement des variations sur l’axe latéral. La profondeur et la largeur du sillon sont constantes. Les disques vinyle pressés de cette manière doivent être lus exclusivement à l’aide d’une cellule dotée d’un diamant sphérique/conique. Si on lit un disque mono avec une cellule stéréo, le signal n’est généralement pas restitué de manière strictement identique sur les deux canaux. C’est dû aux imperfections de la gravure (diaphonie, bruits parasites, erreurs de phase, erreurs de tracking, anti-skating et distorsion) auxquelles une cellule stéréo est bien plus sensible. La différence entre les canaux crée une image sonore instable et une légère distorsion. Avec une cellule phono mono, aucun de ces problèmes n’apparaît puisque la cellule ne produit qu’un seul signal, qu’elle envoie par la suite à chacun des deux canaux de l’ampli. Une cellule mono offre ainsi l’avantage d’une image sonore beaucoup plus énergique, très stable, avec à la clé un son plus riche.

Disques vinyle stéréophoniques

Les premiers disques vinyle en stéréo ne font leur apparition qu'à la toute fin des années 50, et ne prennent véritablement leur essor qu’au milieu des années 60. Si le sillon des disques mono ne présente que des oscillations latérales avec une largeur constante, le sillon des disques stéréo présente également des variations en largeur qui traduisent la latéralisation du son. Il faut donc une cellule capable de dissocier les informations des deux canaux gravées sur chaque pente du sillon afin de profiter efficacement de l’effet stéréo.

Quel type de montage pour ma cellule phono ?

Il existe trois interfaces différentes pour le montage d’une cellule sur un bras de lecture, correspondant chacune à un type de bras. Le choix de la cellule doit donc se faire en fonction du bras de la platine et de son type de montage.

Interface P-Mount (appelé aussi T4P)

Ce standard était assez répandu jusqu'en 1985 sur les platines d'entrée de gamme et sur certains modèles audiophiles avec des bras tangentiels (Marantz, B&O). Il est aujourd’hui abandonné.

La base de la cellule s’insère directement à l’extrémité du bras de lecture, le verrouillage se fait par une vis qui traverse le bras et la cellule. Les diamants de rechange pour ces cellules prennent des formes très variées (plus de 30 modèles différents), sans qu’il soit toujours possible de trouver une équivalence. Il est généralement plus économique de remplacer la cellule complète. Très peu de fabricants proposent aujourd'hui des cellules au standard P-Mount.

Interface 1/2"

Très fréquent, ce type de montage assure le maintien de la cellule par 2 vis sur une coque porte-cellule (au standard SME) ou directement sur le bras formé d'une seule pièce comme sur les platines Pro-Ject. Le nom de cette interface vient directement de l'écartement entre les deux vis qui est d'un demi pouce, soit 12,7 mm. Les cellules au standard ½” présentent des broches de connexion saillantes sur leur face arrière. Elle doivent être reliées aux câbles de raccordement qui sortent du bras.

Le câblage de la cellule respecte un code couleur :

• Rouge : sortie droite
• Vert : masse droite
• Blanc : sortie gauche
• Bleu : masse gauche

Interface Ortofon/SME

Cette interface qui optimise le contact entre le bras et la cellule est très utilisée sur les platines DJ, popularisées grâce au succès de l'incontournable platine Technics SL1200 MKII. Les DJ privilégient généralement les cellules de forme "Concorde" qui permettent un repérage plus simple du sillon dans l'obscurité. Le montage d’une cellule avec interface Ortofon/SME s’opère directement sur le bras, sans porte-cellule, le verrouillage se faisant au moyen d’une baïonnette. Ce système permet toutefois d’utiliser une cellule avec une interface ½” sur un bras en S avec monture Ortofon/SME, en fixant la cellule sur une coque porte-cellule.

Aimant mobile ou bobine mobile ?

Une cellule phono est un générateur électromagnétique miniature (aimants + bobines) qui transforme en courant électrique les vibrations recueillies par la pointe de lecture au contact du sillon.

Il existe deux types de cellules phono : les modèles à aimants mobiles, et les modèles à bobines mobiles. Chaque type présente des points forts et des points faibles.

Cellule à aimants mobiles (Moving Magnet - MM)

Le levier porte-pointe d’une cellule à aimants mobiles est équipé d’une paire de petits aimants permanents, positionnés à l’extrémité opposée au diamant et placés entre deux jeux de bobines fixes. L’ensemble aimants + bobines constitue un générateur de courant miniature. Lorsque les aimants oscillent sous l’effet des vibrations transmises par la pointe de lecture via le cantilever (autre nom du levier porte-pointe), ils induisent un minuscule courant électrique dans les bobines. Ce signal électrique est ensuite pré-amplifié (rôle du pré-ampli phono) avant de passer dans les circuits d’amplification de la chaîne hi-fi.

Le principal atout des cellules à aimant mobile est leur niveau de sortie élevé (entre 2 et 5 mV). On peut donc les associer avec la majorité des pré-amplis phono du marché ainsi qu’avec les pré-amplis phono intégrés aux amplis hi-fi stéréo.

Leurs points faibles sont une réponse en fréquence parfois limitée et une séparation des canaux perfectible.

Cellule à bobine mobile (Moving Coil - MC)

Sur une cellule à bobines mobiles, ce sont les deux bobines qui sont fixées à l’extrémité supérieure du levier porte-pointe. Elles se déplacent dans l’entrefer d’un aimant permanent fixe au gré des oscillations de la pointe de lecture. Pour ne pas alourdir l’équipage mobile, ces bobines sont beaucoup plus petites que sur une cellule à aimants mobiles. Elles sont pour cela réalisées avec un câble très fin, ce qui a une incidence directe sur le niveau de sortie et l’impédance, plus faibles que sur une cellule à aimants mobiles. Les cellules à bobines mobiles nécessitent donc une pré-amplification plus importante pour que le signal soit exploitable par un amplificateur.

Par contre, la légèreté de l’équipage mobile offre un tracking plus fin et plus précis, avec à la clé une réponse en fréquences plus large et une restitution sonore plus détaillée.

Quel type de pointe ?

La pointe de lecture de la cellule, appelée familièrement “diamant”, est la partie directement au contact du sillon. De sa forme dépend la précision de la lecture des micro-informations gravées sur le disque. Quatre types de pointes existent : les pointes sphériques/coniques, les pointes elliptiques, les pointes Contact et les pointes Micro Linear.

	Pointe sphérique/conique C'est le type de pointe le plus économique et généralement le plus utilisé sur les platines d’entrée de gamme. Sa forme conique et sa section sphérique assurent un placement naturel au centre du sillon. La lecture n’est cependant ni particulièrement précise, ni très détaillée, notamment sur les hautes fréquences (les plus infimes oscillation du sillon). La pointe sphérique/conique est celle qui offre la plus faible surface de contact avec le sillon, répartie de manière égale à l’horizontale et à la verticale. Cette pointe de lecture est bien adaptée aux platines dont le bras de lecture n’offre pas de possibilité de réglage de l'angle d'attaque de la cellule.
	Pointe elliptique La pointe elliptique possède un rayon avant plus important que son rayon latéral (sa face avant est large, sa face latérale étroite). La surface de contact horizontale est plus faible et la surface de contact verticale est plus élevée que sur une pointe sphérique/conique. Ce profil plus effilé sur les bords offre un suivi plus précis des hautes fréquences. La surface totale de contact de la pointe de lecture avec le sillon est également plus importante : elle offre une plus grande précision dans la restitution des informations gravées. La pointe elliptique présente une réponse en fréquence plus étendue et un taux de distorsion plus faible.
	Pointe Contact La pointe contact peut prendre différents noms selon les fabricants : Line Contact, Fine Line, Shibata, Fritz Gyger. Cette pointe de lecture haut de gamme adopte un profil spécifique, dérivé du profil elliptique. Bien plus travaillé, ce profil offre une plus grande surface de contact avec le sillon. L'écoute révèle beaucoup plus de détails et de micro-informations. Les hautes fréquences sont reproduites avec plus de finesse. La réponse en fréquence est plus étendue et le niveau de distorsion plus faible. Parallèlement, l'augmentation de la surface de contact de la pointe de lecture avec le sillon permet de réduire la force d'appui, donc l'usure du disque.
	Pointe Micro Linear Appelée également pointe Micro Line, SAS, Dynavector ou Namiki, c'est la taille de diamant la plus complexe, donc la plus chère mais aussi la plus performante. La pointe Micro Line offre la surface de contact globale la plus importante. Mais son profil spécifique lui confère cependant une surface de contact horizontal très faible (r) et une surface de contact vertical plus étendue (R). La réponse en fréquence des cellules équipées de ces diamants est extrêmement étendue. Le niveau de détail et le sens de la nuance sont exacerbés, et le niveau de distorsion reste très faible.

Rayon de la pointe de lecture d’une cellule phono

Pointe sphérique/conique

Son rayon (R) est exprimé en micromètres (ou micron) avec l'abréviation µm, ou en millième de pouce avec l'abréviation mil. (1 mil. = 0.001 pouce, soit 0,00254 mm ou 2,54 micromètres).

Pointe elliptique

Il convient de distinguer deux dimensions dans la mesure d'une pointe elliptique : le rayon de sa face avant (R) et le rayon latéral (r), exprimés en µm ou en mil.

Pointe contact

Comme pour les pointes elliptiques standards, la mesure des pointes contact fait appel à deux dimensions : le rayon de sa face avant (R) et le rayon latéral (r), exprimés en µm ou en mil.

Pointe Micro Linear

Comme pour les pointes elliptiques standards et les pointes contact, la mesure des pointes Micro Linear comprend le rayon de sa face avant (R) et le rayon latéral (r), exprimés en µm ou en mil.

Assemblage de la pointe de lecture d’une cellule phono

La pointe de lecture d'une cellule phono qui est sertie à l'extrémité du levier porte-pointe (appelé aussi cantilever) peut être réalisée de deux façons différentes.

Pointe collée

La pointe collée, appelée “Bonded Shank” en anglais, est constituée d’un diamant brut collé à l'extrémité d'un tube métallique puis taillé à la forme voulue. Le tube métallique est ensuite collé dans un trou percé dans le cantilever (levier porte-pointe). Cette conception est “économique” mais elle augmente généralement  la masse de l’équipage mobile. La lecture en est généralement affectée, notamment la reproduction des transitoires qui est moins vive.

Pointe nue

La pointe nue est taillée intégralement dans un morceau de diamant. On parle alors de diamant intégral ou "nude diamond" en anglais. La fabrication d’une pointe nue est plus onéreuse que celle d’une pointe collée. Mais sa masse inférieure offre une bien meilleure précision dans le suivi du sillon, et ses oscillations sont transmises plus efficacement. Avec une pointe à diamant intégral, le son est plus riche et plus détaillé, les transitoires sont mieux respectées.

Section de la pointe de lecture d’une cellule phono

C’est la forme de la pointe de lecture à l’endroit de sa fixation sur le cantilever. Elle peut être ronde ou carrée.

Section ronde

Pour les pointes de lecture dont la taille ne nécessite pas une orientation précise (pointes sphériques/coniques) ainsi que pour la majorité des pointes elliptiques, les fabricants recourent généralement à des pointes de section ronde.

Section carrée

Les pointes en diamant intégral de section carrée sont insérées dans le levier porte-pointe dans un trou de section carré découpé au laser. Cette technique permet de réaliser un alignement extrêmement précis de la pointe de lecture avec le sillon du disque. La précision de la lecture en est considérablement augmentée. Les fabricants ont recours à la section carrée de manière systématique pour les pointes dont la taille nécessite une orientation très précise (pointes Contact et Micro Linear). Les diamants de section carrée (Square Shank en anglais) coûtent plus cher à fabriquer que ceux de section circulaire, ce qui se répercute sur le prix de la cellule.

Les spécifications de la cellule phono

La plupart des fabricants sont en mesure de fournir de nombreuses caractéristiques sur leurs cellules, ce qui peut être déroutant lorsqu’on ne sait pas comment les appréhender. Mais une fois qu'on a compris leur signification, elles peuvent éclairer le choix de la cellule.

Caractéristiques principales d’une cellule phono

Quatre caractéristiques principales permettent d’avoir une première approche de la cellule et d’en cerner le comportement global.

La réponse en fréquence, la séparation des canaux et l’équilibre des canaux, qui sont des mesures objectives du comportement “musical” de la cellule.
La tension de sortie, qui permet de choisir la cellule en fonction du pré-ampli phono auquel elle doit être associée, et inversement.

Réponse en fréquence

C'est la plage de fréquence qu'est en mesure de reproduire la cellule, du grave à l'aigu. Plus le premier chiffre est faible, plus elle « descend » dans le grave, plus le second est élevé, plus elle monte dans les aigus. Le chiffre entre parenthèses (par exemple +2 / -0 dB) indique la tolérance acceptée dans les valeurs lors de la mesure.

Par exemple, la réponse en fréquence de la cellule phono à aimant mobile Audio-Technica VM95E s’étend de 20 Hz à 22 kHz, tandis que celle de la cellule phono à bobine mobile Audio-Technica AT-OC9ML/II s’étend de 15 Hz à 50 kHz. Cette dernière offre donc des graves plus profonds, des aigus plus riches, avec une reproduction des très hautes harmoniques.

Équilibre entre les canaux (symétrie des canaux)

L’équilibre des canaux d’une cellule correspond à sa capacité à reproduire les signaux des canaux gauche et droit avec un niveau de sortie identique. Elle s’exprime sous forme de différence possible d’un canal à l’autre, mesurée en décibel (dB) à la fréquence de 1 kHz. Plus sa valeur est faible, mieux c'est. Une cellule idéale qui possèderait un équilibre des canaux de 0 dB, lirait un disque mono avec un niveau de sortie rigoureusement identique sur le canal gauche et le canal droit.

Les fabricants de cellules essaient d'atteindre cet idéal qui garantit un parfait équilibre stéréo. La voie de droite ne prend pas le pas sur la gauche, ni l’inverse, ce qui contribue au respect de l’enregistrement et garantit une bonne spatialisation des instruments ainsi que le centrage de la voix de l’artiste.

Séparation des canaux

C'est la capacité de la cellule à n’envoyer sur sa sortie gauche que le signal correspondant au canal gauche, et sur sa sortie droite que le signal correspondant au canal droit. Plus cette valeur, mesurée en décibels, est importante, moins il y a d'interférences d'un canal sur l'autre. La stéréo est alors plus nette et mieux marquée.

Niveau de sortie (tension de sortie)

La tension de sortie s’exprime en millivolt (mV). C'est la tension du signal mesurée à la sortie de la cellule, généralement à la fréquence de 1 kHz et à vitesse de lecture stabilisée pour un disque 33T1/3 (soit 5 cm/sec). Il est nécessaire de connaître cette valeur pour vérifier l’adéquation de la cellule avec le pré-ampli phono utilisé, qu’il soit intégré à l’ampli (entrée phono) ou qu’il s’agisse d’un pré-ampli phono séparé. En effet, entre une tension de sortie inférieure à 0,1 mV (cellule à bobines mobiles de faible efficacité) et une tension supérieure à 5 mV (cellule à aimants mobiles très efficace), la différence de niveau sonore représente près de 35 dB et demande donc une pré-amplification différente. Connaître la tension de sortie de la cellule est donc essentiel pour bien choisir le préamplificateur qui lui sera associé, avec ou sans étages de modification de gain (transformateur élévateur de tension).

Valeurs utiles aux réglages d’une cellule phono

Les caractéristiques définies ci-dessous donnent des indications sur la compatibilité de la cellule avec les autres composants de la platine, sur les valeurs de réglages à appliquer lors de son installation et sur son comportement lors de la lecture.

Force d'appui

La force d’appui indique une plage de tolérance pour la force verticale à appliquer sur la pointe de lecture. Elle s’exprime généralement en grammes ou en millinewtons (mN) et se règle avec le contrepoids du bras de lecture de la platine. En le faisant pivoter, on l’avance ou on le recule le long du bras, ce qui augmente ou diminue la force d’appui. Des graduations sur le contrepoids permettent d’affiner précisément ce réglage (1 gramme = 10 millinewtons).

Force d'appui recommandée

C'est la force d’appui que le fabricant recommande pour sa cellule avec la plupart des platines sur lesquelles elle sera montée. Il s'agit d'une base pour le premier réglage, qui peut éventuellement être affiné, en respectant la plage de tolérance indiquée par le fabricant.

Angle de lecture

Appelé aussi angle d'attaque, angle de piste vertical ou “vertical tracking angle” en anglais. Il s’agit de l'angle formé par l’axe du cantilever (entre son point de pivot et la pointe du diamant) par rapport au plan du disque. Lorsque la cellule est parfaitement plane et cet angle respecté, la pointe de lecture est parfaitement perpendiculaire au sillon.

Compliance

La compliance désigne la propriété d’un matériau souple à être aisément courbé ou plié sans rompre. La valeur de compliance d’une cellule phono, exprimée en mm par newton, indique le déplacement de la pointe de lecture lorsqu'elle subit une force de 1 millinewton, par rapport à sa position au repos. Une cellule de compliance élevée (plus souple) conviendra à un bras de lecture léger. À l’inverse, une cellule de faible compliance (plus rigide) conviendra mieux à un bras de masse élevée. La compliance de la cellule est à considérer en regard de la masse effective du couple formé par le bras de lecture et la cellule, l’idée étant d’éviter que des résonances n’apparaissent dans le spectre audible.

Accord avec le préampli Phono

Connectée à un préampli RIAA, la cellule phono forme un circuit RLC (résistance, inductance, capacité) qui constitue un filtre résonant, accentuant certaines fréquences et en atténuant d’autres. Pour pouvoir présenter la réponse en fréquence la plus linéaire possible, les fabricants de cellules phono indiquent plusieurs valeurs relatives à la charge (capacité, impédance, etc.) utilisée lors de leurs mesures. Il est recommandé de se conformer à ces valeurs lors du choix du pré-ampli Phono et du câble du bras de lecture pour obtenir les meilleurs résultats sonores sur son installation. À défaut, la courbe de réponse en fréquence sera plus ou moins différente de celle annoncée...

Impédance interne (impédance de la bobine)

Exprimée en kilo-ohms (kΩ), elle indique dans quelle mesure le circuit interne de la cellule ralentit le courant électrique qui le traverse. Cette valeur est utile pour le réglage de l'impédance d'entrée du pré-ampli phono (appelée aussi impédance de charge) qui devra se faire en fonction de l'impédance interne de la cellule (généralement impédance de charge = 10 x impédance interne de la cellule). Si l’impédance interne de la cellule et l’impédance de charge du pré-ampli phono ne sont pas adaptées, la connexion fonctionne comme un filtre, avec à la clé une dégradation du son qui peut devenir terne ou agressif selon les cas.

Inductance interne (inductance de la bobine)

Exprimée en millihenry (mH) et généralement mesurée à 1 kHz, elle désigne le quotient du flux du champ magnétique par l'intensité du courant traversant le circuit électrique de la cellule. L’inductance de la cellule conjuguée à la capacité du câble joue un rôle sur la linéarité de la réponse dans les hautes fréquences.

Résistance de charge recommandée

Il s’agit de la valeur recommandée par le fabricant de la cellule phono pour la résistance de charge présentée par le pré-ampli phono RIAA à associer avec la cellule. La plupart des pré-amplis phono adoptent une résistance de charge de 47 kOhms qui sert de valeur de référence pour les cellules à aimants mobiles.

Capacité de charge recommandée

Il s’agit de la valeur recommandée par le fabricant de la cellule phono pour la capacité de charge proposée par le pré-ampli phono RIAA à associer avec la cellule.