Sans frame
No frame

Plan du site
To index page

Tous mes sites
To all my Web sites


NB: pour une bonne lecture du site, préférez les navigateurs Firefox ou SeaMonkey

Choose your language:

Google translator

(Traductor, traidor!)

2 - Théorie succincte du micro électromagnétique pour guitare
ou micro à réluctance variable

Promouvoir cette page sur Google


Voir également les autres pages sur le magnétisme:

1 - Le magnétisme pour tous
2 - Les micros électromagnétiques pour guitare (cette page)
3 - Notion de "circuits magnétique"4 - Couplage magnétique de bobines ou micros5 - Association série ou parallèle de circuits RLC
6 - Cas particulier du "humbucker" ou "humbucking"7 - Configurations relatives de deux micros adjacents
8 - Bibliographie


  • Théorie (pour les teigneux, vicieux et matheux)
    Theory (for the nasty, curious and vicius)

Théorie - Theory

  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 (en l’occurrence, 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":

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)

NB: il faut préciser que le flux qui entre ici dans le calcul est uniquement le flux du champ d'origine externe à la bobine. En particulier, le champ créé par un éventuel courant produit par la f.e.m. induite doit être ignoré pour l’application de la formule. L'oubli de cette précision de la part des profs est souvent l'origine d'erreurs chez les étudiants.

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.

Et voilà pourquoi votre guitare... n'est pas muette!

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, ainsi que son application aux micros pour guitare à la page théorique sur la réluctance.

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 (actuellement) 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, souvent du type "Alnico" (alliage aluminium, nickel, cobalt et ... fer, naturellement), ou de ferrites (céramiques à base de fer ou de ses oxydes). Leur composition exacte importe peu à l'utilisateur final.

NB: le pôle nord de la boussole se dirige actuellement vers le pôle nord géographique.
Mais s'il arrivait que le champ magnétique terrestre s'inversait (comme il est arrivé dans le passé), le côté nord de la boussole resterait inchangé (le côté noir), mais pointerait alors vers l'hémisphère sud.

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:

  1. raccordées en série,
  2. de même sens d'enroulement,
  3. ayant donc chacune deux faces empilées dans le même sens,
  4. 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:

 

  • le point chaud (véhicule du son) est indiqué par une flèche

  • 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:

  1. électriquement:       par le raccordement électrique de la bobine

  2. magnétiquement:     par le sens de l'aimant


  3. 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.

Retour haut de page

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:

  • montées en série et globalement en phase par rapport au mouvement des cordes (qui font partie du circuit magnétique du micro) ,
  • mais, apparemment hors phase par rapport à l'environnement extérieur (non inclus dans le circuit magnétique du micro).

Les perturbations par les champs magnétiques extérieurs en sont, au moins réduits, voire annulés, alors que le niveau musical produit est renforcé.

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

On peut indiquer ici que les capots métalliques des humbuckers ajoutent une capacité parasite virtuelle en parallèle, qui filtre les extrêmes aigus, ainsi qu'une résistance virtuelle en série, qui diminue légèrement le niveau de sortie.
En contrepartie, ils participent à leur protection contre les champs électriques parasites extérieurs


Bobines en série, hors phase (apparemment), le renversement
du flux des aimants les rendant globalement 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

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.
Micros en série et en phase. Les forces (contre) électromotrices  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
Micros en parallèle et hors phase. Les forces (contre) électromotrices  se retranchent.
La résistance et la self induction diminuent.
Petit son "zarbi".
Micros en série et hors phase. Les forces (contre) électromotrices  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

                  


Haut de page


En pratique - Facts

 
Si vous avez pigé (et même si vous êtes un peu largué), vous pouvez consulter la suite: les montages usuels et inusuels.
                  


Haut de page



Poil à gratter - Itching powder

  Colle pour ministres, journalistes et autres incultes: quelle est la première année du troisième millénaire?

La mauvaise réponse est l'an 2000, qui n'est que la dernière année du 20ème siècle.
La bonne réponse est 2001 (pourquoi croyez-vous qu'un film culte de Stanley Kubrick se nomme "2001 Odyssée de l'Espace"?)
En effet, si l'an 1 (et non pas l'an 0) est l'année de naissance du Christ, le premier siècle se termine en l'an 100 et le second commence en l'an 101 etc.,  jusqu'à nos jours.
Il s'agit en fait d'un abus de langage, "l'an 1" devant être plutôt désigné comme "la première année". Ce qui fait qu'il ne peut y avoir d'an 0, la "zérosième" année n'ayant pas droit de cité.

Mais l'usage continue à confondre "adjectif numéral ordinal" et "adjectif numéral cardinal", en ce cas précis. (tous à votre livre de grammaire de l'enfance)

Même Victor Hugo s'est (apparemment) pris les pattes dans le tapis en écrivant: "Ce siècle avait deux ans..." pour indiquer l'an 1802.

Colle prévisible pour les candidats au bac C, les journalistes, les géographes et même ... certains profs de physique:
Il découle des définitions, que ce qui est à tort appelé "pôle Nord magnétique terrestre" est, en réalité, ... un pôle Sud magnétique de l'aimant terre.
                  


Haut de page

Avez-vous aimé ce site ? Désirez-vous le recommander à un ami ?

Haut de page


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

 Page réalisée sur Mac , et vérifiée avec Firefox, Mac et PC