Du sillon au son : analyse, modélisation vibro-acoustique et validation expérimentale d’un gramophone Expert Junior de 1930

Details

Supervisors

Fisette, Paul ; Ceulemans, Anne-Emmanuelle

Faculty

Ecole polytechnique de Louvain

Degree label

Master [120] : ingénieur civil mécanicien, à finalité spécialisée

Abstract

frCe mémoire est consacré à l’analyse mécanique et acoustique d’un gramophone Expert Junior des années 1930, conservé au Musée des instruments de musique de Bruxelles. Cet instrument, souvent considéré comme l’un des aboutissements de la reproduction sonore purement mécanique, constitue un objet d’étude particulièrement riche, à la fois historique, musical et technique. Après une contextualisation historique et une description du fonctionnement général des gramophones, le travail développe un modèle physique complet de la chaîne de re production sonore. L’objectif est de relier la vitesse imposée par le sillon du disque à la pression acoustique rayonnée par le pavillon. Pour cela, le gramophone est décomposé en trois sous-systèmes couplés : le levier de l’aiguille, le système diaphragme/chambre à air, et le pavillon. Chacun de ces éléments est décrit par une fonction de transfert, obtenue à partir de modèles analytiques et de simulations numériques, avant d’être assemblé afin d’obtenir la fonction de transfert totale de l’instrument. Une validation expérimentale est ensuite menée à l’aide d’un disque de test spéciale ment réalisé pour ce travail. Les paramètres mécaniques difficilement mesurables, notam ment ceux liés aux joints du diaphragme et au pivot du levier de l’aiguille, sont identifiés à partir de mesures effectuées sur la tête de lecture isolée, puis intégrés au modèle complet. La comparaison entre la réponse modélisée et la réponse mesurée montre que le modèle reproduit correctement les grandes tendances expérimentales. Enfin, la comparaison avec un gramophone portable HMV modèle 99 met en évidence que l’Expert Junior étudié ne restitue probablement plus exactement ses performances d’origine. Le modèle développé apparaît ainsi non seulement comme un outil d’analyse du comportement du gramophone, mais également comme un outil de diagnostic permettant d’identifier les paramètres susceptibles d’influencer sa qualité de reproduction et d’orienter d’éventuelles restaurations. This thesis is devoted to the mechanical and acoustic analysis of an Expert Junior gramophone from the 1930s, preserved at the Musical Instruments Museum in Brussels. Often regarded as one of the culminations of purely mechanical sound reproduction, this instrument represents a particularly rich object of study from historical, musical and technical perspectives. After providing historical context and describing the general operating principles of gramophones, this work develops a complete physical model of the sound reproduction chain. The aim is to relate the velocity imposed by the record groove to the acoustic pressure radiated by the horn. To this end, the gramophone is divided into three coupled subsystems: the needle-bar lever, the diaphragm/air-chamber system, and the horn. Each of these elements is described by a transfer function, obtained from analytical models and numerical simulations, before being assembled to obtain the total transfer function of the instrument. An experimental validation is then carried out using a test record specifically produced for this work. Mechanical parameters that are difficult to measure directly, particularly those associated with the diaphragm gaskets and the needle-bar pivot, are identified from measurements performed on the isolated soundbox and are then integrated into the complete model. The comparison between the modelled response and the measured response shows that the model correctly reproduces the main experimental trends. Finally, comparison with an HMV model 99 portable gramophone suggests that the Expert Junior studied here probably no longer reproduces its original performance exactly. The model developed in this work therefore appears not only as a tool for analysing the behaviour of the gramophone, but also as a diagnostic tool, making it possible to identify the parameters likely to influence its reproduction quality and to guide potential restoration work.