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Le "sens d'enroulement",

(souvent abusivement désigné par "sens de bobinage")

d'une bobine

Avertissement: le concetp de bobine ne semble pas être évident à tous.
De sorte que cette page peut ête d'un abord relativement difficile et pourra être sautée lors d'une approche succincte des micros.

(Voir également les autres pages sur les micros)

Pour tous, il est important de savoir qu'une "bobine" de micro est souvent désignée par le terme de "bobinage", terme qui peut créer une confusion avec sa fabrication. Ici, le mot "bobine" est réservé à l'objet lui-même. Et "bobinage" est réservé à l'action de bobiner.

Théorie - Theory

 

I - Le sens de d'enroulement d'une bobine

Pour les coupeurs de cheveux en quatre, il est important de comprendre qu'une bobine possède deux sens d'enroulement possibles (souvent abusivement dits "sens de bobinage"):

1) le sens dextrogyre, ou dextrorsum, ou "sens des aiguilles d'une montre"
2) le sens contraire, ou sénestrogyre, ou lévogyre, ou sénestrorsum ou "sens contraire des aiguilles d'une montre.

Pour compliquer le tout, le sens trigonométrique, considéré comme positif par les mathématiciens est ... le sens inverse des aiguilles d'une montre.

De plus, les notions de gauche et droite dépendent de la face de laquelle on regarde l'enroulement

Heureusement,

  • le nom attribué au sens n'a aucune conséquence physique,
  • et, par définition d'une bobine, le sens d'enroulement reste le même tout au long de la bobine, un éventuel renversement correspondant à un affaiblissement non souhaitable - donc interdit, en pratique - de ses propriétés magnétiques.

Il suffi donc de savoir:

  1. Qu'il existe deux et (seulement deux) sens possibles pour un enroulement
    (dont le nom précis importe peu, pourvu qu'il soit convenu).
  2. Que chacun des deux sens dépend du point géométrique choisi comme origine
    (donc, du sens attribué à l'axe de l'enroulement, pourvu qu'il soit également convenu)
  3. Qu'en tournant un tire-bouchon (usuel, dit "tourne-à-droite") dans le sens du courant qui entrerait par l'origine, celui-ci progresse toujours dans le sens de l'induction (ou champ) magnétique. C'est la règle dite "du tire-bouchon de Maxwell",
    (règle universelle, non convenue, mais qui s'impose à tous comme loi physique).

Il s'agit, comme pour le sens du champ magnétique, d'une notion dite "axiale", contrairement au caractère dit "polaire" du champ électrique. La principale nuance est de taille: contrairement à une notion polaire, qui peut être expliquée à distance par écrit, une notion axiale nécessite la vision d'une image en trois dimensions.
Le martien qui n'a jamais vu une montre, ne peut pas savoir ce qu'est  le "sens des aiguilles d'une montre".
Et qui n'a vu une boussole sur la terre, ne sait pas désigner le sens d'un champ magnétique.

  • D'une manière générale, les véritables vecteurs, ou vecteurs polaires, possédants un sens physique déterminé, sont invariants par changement gauche-droite. On y trouve par exemple, vitesse, accélération, force, champ électrique, densité de courant, gradient, etc.
  • En revanche, produit vectoriel, champ magnétique, surface orientée, rotationnel, et., ne sont que des vecteurs axiaux (ou pseudo-vecteurs), changant de sens avec un changement gauche-droite.

Il faut imaginer ici, que la spire est regardée du haut, et parcourue des yeux avec le même sens de parcours,

  • dans le cas sénestrogyre
    elle monte en passant d'abord devant,
    puis derrière
    et se prolonge finalement devant son axe,
  • dans le cas dextrogyre
    elle monte en passant d'abord derrière,
    puis devant
    et se prolonge derrière son axe.

Il "faut imaginer", car, si l'image fournie ci-dessus vous est bien transmise visuellement, elle ne l'est pas en trois dimensions.

NB: Un lecteur avisé, Pablo Sanders, m'a fait remarquer qu'une bobine avait un sens privilégié par construction, ce lui qui va, du point de départ de bobinage, pour aller vers le point final de bobinage. De sorte qu'une spire extérieure n'est pas équivalente à une spire intérieure de la bobine.

Soit.

Mais cette différence n'est sensible que pour les camps magnétiques parasites extérieurs au micro, qui peuvent traverser les différentes spires de façon différente.

En revanche, quelle-que soit leur taille et leur position, toutes les spires sont traversées par l'intégralité du flux du champ magnétiques d'un micro, canalisé par les aimants et pièces polaires (pour un micro "normal", ne possédant aucune fuite magnétique accidentelle, ou voulue).

Le sens réel de rotation, utilisé lors de la construction, ne joue donc pas dans un micro, mais joue seulement le sens de rotation constaté visuellement.

De sorte que, pour un micro, les seuls éléments à considérer dans les questions de mise en phase d'une bobine , sont:

  1. celui de la rotation - droite ou gauche -, vue d'une face précise,
  2. et celui du point choisi pour être raccordé à la masse.

On ne peut parler du sens d'un enroulement, que si on s'accorde:

  1. sur la face depuis laquelle la bobine est regardée (le plus souvent: la face dirigée vers le haut du micro),
  2. ainsi que sur son point de départ (le plus souvent: le point raccordé à la masse).

Il s'agit donc d'une notion relative, dépendante de la direction du regard de l'observateur et de son choix d'un point de départ (ou d'arrivée) pour la bobine.

En particulier, dans un micro, le retournement face pour face d'une bobine, inverse de sens attribué à son enroulement (si son raccordement électrique reste inchangé).

NB: j'insiste une nouvelle fois sur le fait que les termes "le plus souvent" indiquent que le choix d'une face visée par le regard ou d'un point de départ, ne sont que des conventions, qu'on peut suivre ... ou non.

Autrement dit le sens d'enroulement n'est qu'une dénomination, relative à l'observateur et à un point choisi comme départ, mais bien pratique pour décrire à autrui des propriétés magnétiques d'une spire qu'il ne voit pas.

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II - Cas particulier du tire-bouchon, (ou bobine hélicoïde).

Le tire-bouchon de grand-mère (tout comme les vis usuelles) visse toujours en tournant vers la droite,

  • mais seulement, du point de vue du soiffard qui débouche une bouteille (en tournant vers "SA propre droite" de soiffard),
  • le bouchon, quand à lui, regardant le tire-bouchon, le voit en même temps ... tourner vers "SA propre gauche" de bouchon.

Salaud de bouchon!

On dit alors que le tire-bouchon usuel (précisément, celui de Maxwell) est "tourne-à-droite", notion absolue (indépendante de l'observateur et de la direction du tire-bouchon qu'il manie). En particulier, même retourné pointe pour pointe, le tire-bouchon visse toujours dans le même sens pour le même observateur.

  • C'est la raison qui fait que la règle de Maxwell est également absolue, indépendante de l'observateur, valable partout et toujours, pourvu que le tire-bouchon utilisé soit vraiment "tourne-à-droite", comme celui de grand-mère.
  • Un petit conseil: ne faites jamais confiance à une grand-mère qui aurait un tire-bouchon "tourne-à-gauche" (ce qui serait possible, mais fort rare pratiquement). Dans un tel cas, changez immédiatement de grand-mère! C'est un ordre.
  • En revanche, aucun tire-bouchon n'est, ni dextrogyre ni sénestrogyre, ces notions étant relatives (dépendantes de l'observateur et de la direction de parcours choisi). Il est "les deux à la fois", suivant la position de l'observateur et l'extrémité choisie comme point de départ.

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Cependant, je vous mets en garde contre une autre méprise, souvent tenace: c'est celle qui assimile toute bobine à un tire-bouchon (ou bobine hélicoïde), qui visserait toujours en tournant de la même façon.

III - Voici un exemple de bobine qui ne visserai jamais, ou alternativement, dans le deux sens:

Une telle bobine est construite à partir de deux spires, en tournant toujours à gauche (pour un observateur ayant la tête en haut).

La première spire passe, en montant devant l'axe, puis passe à l'arrière pour revenir en haut devant.

La seconde spire prolonge la première, en démarrant en haut devant, avant de passer derrière, pour revenir devant l'axe, mais en descendant.

Pour un observateur ayant la tête en haut et, en partant du même point de départ, la bobine tourne bien toujours à gauche , mais ne peut pas visser, qu'on la tourne dans n'importe quel sens.

(Mais un observateur ayant la tête en bas voit la bobine tourner à droite, en la parcourant du regard à partir du même point de départ)

Pourtant la règle du tire-bouchon de Maxwell fonctionne toujours: si un courant entre par le point de départ, le champ magnétique créé par la bobine est toujours orienté de la même façon que l'axe dessiné, pour tout observateur.

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IV - Spires internes ou externes?

Comme j'en ai fait la remarque précédemment, le fait qu'il y ait des spires internes et externes ne joue pas sur la sonorité d'un micro (qui n'aurait pas de fuite magnétique accidentelle, ou voulue), mais joue uniquement sur les parasites venus de l'extérieur.

Cependant, la manière la plus simple de bobiner consiste à confectionner une première spire centrale, autour de laquelle s'empilent les autres spires, la dernière étant alors externe.

C'est donc le cas le plus courant.

Mais on peut imaginer d'autres manières de bobiner, par exemple en scindant le bobinage en plusieurs galettes empilées verticalement, ayant chacune une -ou plusieurs- spires centrales et une -ou plusieurs- spires externes.
Il existe alors de multiples spires centrales et de multiples spires externes qui se suivent dans le circuit de la bobine.
Et on ne peut plus dire que la spire de départ est la spire centrale, ni que la dernière spire est forcément externe.

L'essentiel, pour une spire, est d'être externe pour le flux du champ du micro, qui doit la traverser en totalité.

Dans le cas contraire, elle ne ferait simplement plus partie active du micro (partie sensible au mouvement des cordes).

V - Progression des spires:

On se heurte, dans le cas du "tire-bouchon qui ne visse pas", à une difficulté supplémentaire de l'esprit à se représenter une bobine. En effet, alors que les spires bien connues des "tire-bouchons qui vissent" progressent toujours dans le même sens de l'axe (en montant ou en descendant), autres progressions alternées sont possibles, comme le montre l'exemple précédent constitué de deux spires, dont la premier monte et la seconde descend.

De sorte qu'on peut imaginer, par exemple, une bobine:

  • composée de 7 spires,
  • toutes tournant dans le même sens (à droite ou à gauche)
  • et reliées en série,

avec:

  • les spires n° 1,5 et 7, montantes
  • les spires n° 2,3,4, et 6, descendantes

Un telle bobine, facile à fabriquer (pensez à la confection des navettes d'une machine à coudre), est difficile à se représenter uniquement en pensée, et quasiment impossible à dessiner.

A ce propos, l'ami buggywooggie me fait part des essais faits jadis avec des bobines "en nids d'abeilles", à l'atelier Jacobacci de la rue Duris.

Mais généralement, le sens d'enroulement n'a rien à voir avec le sens de progression, sauf pour une bobine bien gentille, du genre "tire-bouchon", qui progresse toujours dans le même sens.

VI - Spires et bobines:

En résumé une spire est assimilable à:

  • un disque orienté, d'un point de départ, vers vers un point d'arrivée (disque ayant donc une face supérieure et une inférieure),
  • enfilé sur un axe également orienté.

Quand à elle, une bobine est assimilable à:

  • une suite de n spires ordonnées (1,2,...,n),
  • enfilées sur un axe (l'axe la la bobine),
  • avec le même sens d'enroulement,
  • raccordées électriquement en série, point d'arrivée d'une spire raccordé au point de départ de la suivante,
  • de sorte que l'ensemble possède un et un seul point de départ et d'arrivée (qui donnent un sens d'orientation à l'axe de la bobine).
  • mais dans un ordre de raccordement électrique (ou ordre d'empilage) qui peut être différent de l'ordre de numérotage.

NB: Souvent, il existe une ordre de numérotage "naturel", qui correspond à l'ordre effectivement respecté lors d'un bobinage peu imaginatif, ou chaque spire est enroulée l'une après l'autre de façon continue avec le même fil.

Mais rien n'empêche d'imaginer (et de réaliser) des bobinages ou chaque spire (ou groupe de spires) est d'abord crée, et ensuite raccordée aux autres dans un ordre totalement arbitraire.

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En pratique - Practical

 

NB: Les termes "sens de bobinage" pouvant prêter à confusion avec le sens utilisé lors de la réalisation effective de la bobine, on leurs préférera ceux de "sens d'enroulement".

On peut dire qu'une bobine de micro est un empilement de n spires sur un axe:

  1. ordonnées de 1 à n, en fonction d'un numérotage,
  2. de même sens d'enroulement
  3. raccordées électriquement en série,
  4. avec un seul et unique point de départ et un seul et unique point d'arrivée pour l'ensemble, qui déterminent un sens pour l'axe de la bobine,
  5. empilées électriquement , avec une progression éventuellement alternée par rapport au numérotage

Beaucoup de constructeurs de micros ont récemment pris l'habitude d'indiquer le sens d'enroulement et le sens du champ magnétique de leurs micros, en indiquant, pour chaque bobine:

  • le sens d'enroulement, dénommé:
    • "clocwise" , pour dextrogyre, ou "dans le sens des aiguilles d'une montre",
    • ou "contre-clockwise", pour lévogyre, ou "dans les sens contraire à celui des aiguilles d'une montre",
  • le mode d'observation: généralement par le haut (partie supérieure) du micro,
  • le point de départ (dit "start") du fil: souvent le point de la bobine lié à la masse du micro.
  • le pole du champ sortant de la bobine, également vu du haut.

Mais ils trichent très souvent, en confondant abusivement "première spire" avec "spire "interne" et "dernière spire" avec "spire externe", probablement pour écarter virtuellement les concurrents bobinant différemment

Pour la détermination réelle du sens d'enroulement, seuls sont importants:

  1. le point servant de départ dans l'examen visuel de la bobine (souvent le point lié à la masse, mais pas forcément),
  2. la direction du regard de l'observateur par rapport à une des faces de la bobine (souvent la face supérieure, mais pas forcément).
  3. la détermination du sens, ainsi visuellement constaté, doit impérativement rester décrite en association avec la description des conditions choisies en 1 et 2.

Ce sens (qui n'est qu'une dénomination), s'inverse même, si on inverse la face regardée ou les points de départ et d'arrivée choisis.
Mais, heureusement, le sens du champ magnétique éventuellement produit par la bobine et indiqué par la règle du tire-bouchon de Maxwell, reste inchangé. Il suffit donc, pour comparer utilement deux bobines dans leurs contributions à un groupe de micros, de ne pas changer les conventions arbitrairement choisies, en cours de route.

On peut donc dire que le sens d'enroulement d'une bobine donnée (déjà construite) est une notion totalement conventionnelle, uniquement visuelle, et n'est pas forcément le sens effectivement respecté lors de la réalisation pratique de son bobinage.

Mais comme le sens d'enroulement d'une bobine ne change pas d'une spire à l'autre, les seuls examens visuels d'une seule spire ET du point de départ sont suffisants.

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Poil à gratter - Itching powder

  N'oubliez jamais que les fabricants de micros, sont avant tout, des marchands.

Et souvent (si ce n'est toujours), des marchands de salades.


Alors, je vous entends d'ici, lecteur adoré, mais incrédule, réclamant de savoir si le champ (ou induction) magnétique est réellement doué d'un sens:

Je vous cite:

Fort bien, Monsieur "je sais tout", mais vous-même, ne vendriez-vous pas des salades?
Et qui me dit que votre fameux champ magnétique (que je ne vois pas, contrairement au tire-bouchon de ma grand-mère) possède réellement un sens absolu, indépendant de l'observateur?

Fin de citation.

Ce à quoi je réponds:

Tu as parfaitement raison, lecteur respectable: le champ magnétique est une vue de l'esprit, contrairement à ton tire-bouchon familial chéri.

D'ailleurs la détermination de son sens dépend de celui attribué courant électrique, qui a été jadis arbitrairement (mal) choisi par les physiciens et s'est révélé, plus tard, inverse au sens réel de progression des électrons.

De sorte que le courant électrique des physiciens, consacré par la force de l'habitude, va dans le mauvais sens. Mais ils s'en tirent en attribuant artificiellement une charge négative à l'électron.

En revanche, les premières lois de l'électromagnétisme datent du XVIIème siècle et, s'il avait été connu à cette époque, l'électron aurait été décrété positif, et le courant électrique des physiciens irait dans le bon sens. Car l'électron est matériel, comme l'est un tire-bouchon, et son mouvement EST le courant électrique.

En ce sens , ne dépendant pas de l'observateur, le champ magnétique est une notion absolue.

Cependant, la définition du champ magnétique dépendant du produit vectoriel d'une vitesse (vecteur polaire) par un courant (également vecteur polaire), est un vecteur axial, qui se retourne par échange d'orientation conventionelle de l'espace.

En ce sens, le champ magnétique est une notion relative.

Mais l'essentiel est que les effets des lois physiques sur la matière soient vérifiées par tous, partout et toujours, et avec les mêmes conventions de dénominations (fussent-elles mal choisies, au départ).


Puis, tel que je vous connais, vous me diriez alors candidement:

Je vous cite:

Parfait. Tout cela fonctionne avec toutes les bobine rectilignes
Mais si je la courbe votre bobine?
Hein?
Vous voilà bien pris, gros malin!

Fin de citation.

Connaissant votre pugnacité, ... je m'y attendais.

Mais j'ai la réponde toute prête:

  • si vous courbez simplement l'axe d'enroulement de la bobine,
  • tout en courbant également le circuit magnétique produit par les aimant (que la bobine doit toujours embrasser totalement),
  • et de sorte qu'on puisse toujours parler du sens de son axe (donc, avec un seul point de départ et un seul point d'arrivée distincts),

alors le raisonnement reste valable.

Mais si vous refermez l'axe sur lui même, en confondant géométriquement point de départ et point d'arrivée (la bobine est alors dite "torique"), même s'ils restent électriquement isolés l'un de l'autre, le champ développé reste alors prisonnier à l'intérieur des aimants (également devenus toriques). Et le micro ... n'est plus un micro.

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Mise à jour, par Jean-Pierre "lbop" Bourgeois, Ingénieur-conseil ©
 

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