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Préambule: il s'agit ici uniquement des micros électromagnétiques (ou à réluctance variable) classiques pour guitare électrique, par opposition aux micros électrostatiques, beaucoup moins répandus historiquement et, à mon avis, d'un avenir douteux (à moins qu'un génie ne leur donne une nouvelle vie).
Le principe de base est simple: une corde en matière ferromagnétique (alliage nickel-fer) baigne dans le champ magnétique créé par les aimants et leurs pièces polaires. Elle s'en trouve aimantée, et crée dans son mouvement un champ perturbateur variable qui modifie le flux du champ qui traverse les bobines.
Interviennent alors les lois les plus banales (si on peut qualifier ces lois de banales) de l'électromagnétisme.
D'après G.Bruhat, dans "Electricité":
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1) La loi dite de Faraday: Lorsqu'on fait varier, par un procédé quelconque, le flux d'induction magnétique qui traverse un circuit fermé conducteur, ce circuit est le siège d'un courant, dit courant induit.
2) La loi de Lenz: Le sens du courant induit est tel que le flux (qu'il produit à travers les circuits qu'il parcourt) tend à s'opposer à la variation de flux qui lui donne naissance.
En ce cas, on démontre que la tension induite e, s'exprime ainsi, en fonction de la dérivée du flux Φ du champ magnétique dit d'induction, traversant les bobines du micro, par rapport au temps t:
e = - dΦ/dt
(En langage usuel, on dirait que la force contre-électromotrice engendrée est proportionnelle à la vitesse de variation du flux d'induction)
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En règle générale, un tel micro, analogue à un micro électromagnétique destiné à la prise de son usuelle, est composé d'un aimant, d'une bobine traversée par le champ magnétique de l'aimant, et d'un diaphragme mobile.
(s'adressant à des musiciens, on confondra ici, par besoin de simplicité, champ et induction magnétiques, quitte à choquer des puristes)
Dans cas d'une guitare électrique, les cordes en acier jouent le rôle du diaphragme mobile et les actions des aimants peuvent être éventuellement prolongées et concentrées par des pièces polaires en fer doux (non aimantées par elles-mêmes, mais par l'induction des aimants).
Alors, les mouvements (périodiques) de la corde déforment les lignes du champ d'induction créé par les aimants et , ponctuellement, font légèrement varier son intensité.
Le flux d'induction traversant la bobine varie alors périodiquement et une force contre-électromotrice est engendrée dans la dite bobine, se traduisant à ses bornes par une différence de potentiel périodique.
Cette différence de potentiel est alors amplifiée par ce qui est appelé vulgairement "un ampli", pour être convertie en puissance électrique transmise à un haut-parleur et, finalement en puissance acoustique sonore.
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Commentaires:
- première interprétation: la corde agit, plus précisément, par l'intermédiaire de ce que les physiciens appellent sa perméabilité magnétique, qui "attire" vers elle les lignes de champ, comme le font également les pièces polaires en fer doux.
On pourrait donc considérer cordes et pièces polaires comme des sortes d'"aspirateurs" pour lignes de champ des aimants.
- deuxième interprétation théorique: la réluctance d'un circuit magnétique est une propriété qui caractérise la résistance de ce circuit au passage du flux, par analogie à la résistance d'un circuit électrique au passage du courant.
Dans cette optique, on peut dire que la présence de la corde modifie la réluctance du circuit magnétique du micro, donc également le flux qui traverse les bobines. D'où le nom de "micros à réluctance variable". Pour les matheux, les deux interprétations sont complémentaires et se déduisent l'une de l'autre par le théorème de Green.
Pour plus de détails sur de tels capteurs, les matheux peuvent consulter un texte de l'agrégation de physique, Marseille 2003, sur les capteurs électromécaniques, sous forme d'un document Acrobat: capteurs pdf.
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Généralités sur les aimants:
Un aimant possède deux pôles, Nord et Sud.
Par définition, le pôle Nord d'un aimant est celui qui se dirige vers le pôle magnétique terrestre situé dans l'hémisphère Nord.
Quand on rapproche deux aimants, on constate que leurs pôles de même nom se repoussent et leurs pôle de nom contraire s'attirent.
Par exemple le pôle Nord du premier aimant repousse le pôle Nord du second mais attire son pôle Sud.
NB: il s'ensuit que le "pôle Nord géographique" se trouve être malencontreusement ... "un pôle Sud magnétique". Mais l'erreur est consacrée par l'habitude. Tout comme le courant électrique des précurseurs, qui s'est finalement révélé être ... à l'opposé de celui des électrons.
Donc, sur un micro testé à l'aide d'une boussole, le pôle Sud est celui qui est attiré par le pôle Nord de l'aiguille (par convention: le côté noir) .
Du point de vue matériau, ils sont généralement constitués d'alliages à base de fer, appelés Alnicos (aluminium, nickel, cobalt et ... fer, naturellement), ou de ferrites (céramiques à base de fer). Leur composition exacte importe peu à l'utilisateur final.
Généralités sur les bobines:
Elles sont constituées de fil émaillé très fin (et fragile), bobiné sur des patrons en carton ou matière plastique, voire directement sur les aimants.
On peut dire qu'une bobine de micro est une suite de n spires:
- raccordées en série,
- de même sens d'enroulement,
- ayant donc chacune deux faces empilées dans le même sens,
- avec un unique point de départ et un unique point d'arrivée pour l'ensemble.
Donc, pour UNE bobine donnée, avec UN SEUL sens de bobinage:
En oubliant les retournements de la bobine face pour face, dans un micro électromagnétique à simple bobinage, il existe alors 4 façons de combiner un aimant et une bobine donnés, selon le schéma suivant:
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le point chaud (véhicule du son) est indiqué par une flèche
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l'autre extrémité est relié à la masse (point électrique commun aux circuits, blindages et cordes)
Pour un même sens de bobinage, on voit que les phases de deux micros (bobine + aimant) peuvent être comparées:
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électriquement: par le raccordement électrique de la bobine
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magnétiquement: par le sens de l'aimant
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globalement: par le sens résultant de la combinaison des deux autres
Les combinaisons horizontales sont deux à deux globalement en phase , et les combinaisons verticales globalement hors phase (parfois dit "en opposition de phase").
Les micros à simple bobinage classiques (dits single coil)
Premier exemple, à tout seigneur, tout honneur: le Charlie Christian
Second exemple: éclaté de micro "Stratocaster"
Ici, le micro est constitué de six aimants individuels fixes, de même orientation Nord-Sud, de hauteur éventuellement différente pour régulariser le niveau capté par chacune des six cordes.
La bobine de chaque micro est enroulée directement autour des aimants.
Aucune pièce polaire ne vient concentrer par sa présence le flux des aimants.
Conformément à "l'esprit Fender", il s'agit de version technologiquement la plus simple du micro, ce qui ne signifie pas simpliste.
Pour les téméraires , je signale qu'il n'est "pas impossible" de régler manuellement la hauteur de chaque aimant à l'aide d'un chasse-goupille.
Il n'est même "pas totalement impossible" d'inverser la polarité des aimants par retournement.
Mais vous risquez l'infarctus ... et de rompre la précieuse bobine
Autre exemple, le P 90 de Gibson
Deux aimants plats disposés en opposition polaire (nord face au nord, ou bien sud face au sud) induisent leur champ dans une petite barre de fer doux dans la quelle sont fichées six vis également en fer doux qui concentrent les lignes de champ.
Par rapport aux micros Fender, réglés en usine, les six vis permettent d'ajuster le niveau sonore de chaque corde individuellement, en évitant l'infarctus fatal cité plus haut.
En variante, le P90, dit "P90 Alnico", possédait 6 aimants en alliage Alnico V, réglables individuellement en hauteur par rapport à chacune des 6 cordes.
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Micros à double bobinage:
En combinant les configurations 1 et 2 (donc globalement en phase), on obtient deux micros fusionnés en un seul, dit "humbucking" (littéralement bloqueur de ronflement) ou humbucker, ou encore double bobinage
L'aimant est placé sous les bobines qui sont traversées par deux pièces polaires en fer doux.
La grosse astuce est que les deux bobines sont montée en série et en phase par rapport au mouvement des cordes (très proche) , mais, apparemment hors phase par rapport à l'environnement extérieur,(éloigné).
Les champs magnétiques perturbateurs extérieurs en sont au moins réduit, si ce n'est annulés.
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Pour être plus précis, les deux demi-micros sont:
- électriquement hors phase (retournés)
- magnétiquement hors phase (retournés)
- globalement en phase (puisque retournés deux fois)
Ainsi, les perturbations extérieures, qui n'affectent QUE les bobines, s'en trouvent pratiquement annihilées par le hors phase électrique.
En revanche, le mouvement des cordes affectant bobines ET aimants s'en trouve renforcé.
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En contrepartie, les humbuckings sont moins puissants en aigus que les simple bobinage en raison
- de capacités parasites plus importante
- d'une self-induction plus importante
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On peut indiquer ici que les capots métalliques des humbuckers ajoutent une capacité parasite virtuelle en parallèle, qui filtre les extrêmes aigus.
En contrepartie, ils participent à leur protection contre les champs électriques parasites extérieurs
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Bobines en série, hors phase (apparemment), le renversement
du flux des aimants les rendant en phase par rapport au déplacement des cordes
Exemple: éclaté de micro Gibson type PAF
Montages série et parallèles, en phase et hors phase de deux micros identiques
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Micros en parallèle et en phase. La force (contre) électromotrice reste identique à celle de chaque micro
La self induction et la résistance sont divisées par deux.
Le niveau sonore est inchangé mais le son est moins "gras".
C'est le mode usuel sélectionné en position médiane de l'inverseur des guitares à deux micros. |
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Micros en série et en phase. Les force (contre) électromotrice s'ajoutent.
La self induction et la résistance augmentent.
Il en résulte un son puissant et grave.
C'est le mode usuel de fonctionnement des bobines des Humbuckers qui contiennent deux micros en un, à un inversement près des aimants |
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Micros en parallèle et hors phase. Les force (contre) électromotrice se retranchent.
La résistance et la self induction diminuent.
Petit son "zarbi". |
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Micros en série et hors phase. Les force (contre) électromotrice se retranchent.
La self induction et la résistance augmentent.
Son "zarbi" mais plus puissant que le cas précédent. |
Et n'oubliez pas que je suis, très provisoirement bon prince, la situation réelle devant prendre également en compte le renversement éventuel des aimants (humbuckers, par exemple), le renversement du sens des bobinages, ou le couplage magnétique entre les deux micros.
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