Bobiner vos micros: Les bases (Episode 1)

Même s'il me prend souvent l'envie de balancer des gadins aux mecs qui crient à qui veulent bien l'entendre, que la qualité de lutherie ou des bois d'une guitare électrique passent après la qualité des micros, je dois quand même admettre que c'est un paramètre fondamental dans l'élaboration de votre son.

Si les bois et la construction sont des facteurs importants pour les caractéristiques sonores d'un instrument, les micros ont pour rôle d'extraire la quintessence de votre guitare en façonnant le caractère et la personnalité du son produit. En mettant en exergue ou en filtrant certaines fréquences, votre micro vous offrira un résultat que l'on espère attrayant, dynamique, articulé et sonore. Il s'agit toutefois d'être réaliste, un micro, si bon soit-il, ne pourra transmettre que ce qu'il capte, il ne transformera pas le son de votre guitare en quelque chose d'autre mais en améliorera les performances et la personnalité.

Si vous connaissez un peu le contenu des articles que je produis sur ce site, vous vous doutez que si je vous parle de micros, ce n'est pas pour enfiler des perles mais pour vous fournir les bases nécessaires au bobinage de vos propres micros. C'est un sujet vaste et passionnant qu'il ne sera pas possible de traiter en un seul article. .J'espère toutefois qu'ils seront assez intéressants pour éveiller en vous, l'appel de la bobineuse.  

Rickenbacker A-25 Lap Steel 1934

C'est quoi Un micro de guitare?

Dans cet article, nous traiterons exclusivement le sujet des micros magnétiques standards pour guitare électrique. Il existe, bien sûr, d'autres types de micro telles que les piézos ou autres transducteurs à contact, les micros à base de microphones et d'autres concepts intéressants tel que la technologie optique qui pourront probablement faire l'objet d'un article, mais ce n'est pas le sujet aujourd'hui.

C'est au début des années 30 que fût commercialisé le premier instrument équipé d'un micro de conception dite "moderne", un Lapsteel de Rickenbacker répondant au joli sobriquet de "Frying Pan" (La notion de modernité étant toute relative puisque l'instrument aura bientôt 90 ans). Jusqu'alors, les différentes tentatives de captation du son d'une guitare se résumait à la capture des vibrations du corps ou de la table de la guitare. L'approche de George Beauchamp, le concepteur de ce qui deviendra le cœur de nos guitares et basses électriques, se concentrait sur la vibration des cordes.

Micro

Si l'on analyse le plan de coupe de ce fameux micro, on retrouve assez facilement les différents éléments d'un micro actuel à quelques détails près. Nous avons une base (23) qui supporte deux aimants en fer à cheval (12 et 22) surmonté d'une bobine de fil de cuivre (33) traversée par 6 pièces polaires (35 - une par corde). A l'exception du nombre et de la forme un peu exotique des aimants, nous sommes sur une construction standard de micro simple bobinage.

J'en vois déjà dans l'assistance arborer un air désabusé (Si, ça se voit, l’œil hagard, la mâchoire pendante, le petit filet de bave à peine maîtrisé, ça ne trompe pas!) et se dire, c'est bien joli tes histoires mais ça fonctionne comment ton truc?

Pour faire simple, le fonctionnement d'un micro est basé sur la loi de Faraday qui stipule, dans la partie qui nous intéresse, qu'un champ magnétique variable induit une tension dans un circuit électrique fixe. Dans notre cas, le circuit électrique fixe est représenté par le bobinage de fil de cuivre et le champ magnétique est matérialisé par nos aimants. A ce stade, le champ magnétique est stable et ne génère donc, aucun courant induit. Pour faire varier ce champ magnétique en fonction des vibrations de nos cordes, il est nécessaire que celles-ci soient chargées magnétiquement (via les aimants de notre micro) ce qui implique qu'elles soient constituées d'un matériau ferromagnétique comme l'acier ou le nickel.  Les cordes, c'est bon, notre dispositif est prêt, il ne reste plus qu'à balancer le jus !

On joue un La à 440Hz (je sais, je suis un gros déglingo) et on regarde ce qui se passe. Pour l'exemple, on considère que l'on récupère le résultat d'un oscilloscope avec une note constante puisque sur une guitare, l'amplitude du signal va varier au fur et à mesure que la note s'éteint et générer pas mal d'harmoniques qui vont complexifier le son, donc, le profil de la sinusoïde.

On frappe la note au temps 0 (le point de départ du graphique), la corde vibre, c'est à dire qu'elle se déplace alternativement d'un côté puis de l'autre de sa position de repos. Si on décompose le mouvement de la corde, on constate qu'a partir du temps 0, la corde, en se déplaçant dans un sens, génère un courant positif qui augmente jusqu'à atteindre l'amplitude maximale de la corde puis faiblit à mesure que la corde revient à sa position de repos. En passant le point de repos, s'effectue un changement de phase, ce qui veut dire que le courant généré qui était positif devient négatif et augmente jusqu'à l'amplitude maximale puis faiblit à mesure que la corde revient à sa position de repos et ainsi de suite. Sur un oscilloscope, la courbe obtenue est une sinusoïde dont le motif se reproduit de manière identique dans le temps. On dit que le motif est périodique.

Fonctionnement d'un micro simple bobinage

La période, notée T, est l'intervalle de temps séparant deux états vibratoires identiques et successifs. Pour un La à 440Hz, cette période va se reproduire 440 fois en une seconde et s'exprime en Hertz (Hz). C'est ce que l'on appel, la fréquence.

En plaçant un voltmètre aux deux extrémités de notre bobine, nous constatons la création d'un courant induit alternatif quand notre corde vibre. Là où le principe du micro devient génial, c'est que la fréquence de la note jouée et la fréquence du courant induit sont identiques. Si vous jouez votre corde La parfaitement accordée à vide, la fréquence du courant émis sera de 440Hz. Il ne reste alors qu'a amplifier le signal.

Eclaté d'un micro simple bobinage de type Fender

Les micros simple bobinage

Pour généraliser, un micro simple bobinage est constitué d'une bobine de fil de cuivre enroulée autour d'une structure constituée de deux flasques et d'aimants permanents individuels pour chaque corde, ou d'une lame unique qui s'étend sous toutes les cordes. Il existe, toutefois, une multitude d'autres micros simple bobinage dignes d'intérêt qui proposent une personnalité et des performances marquées.

Les micros simple bobinage les plus populaires sont sans conteste ceux qui équipent les guitares stratocaster et telecaster de Fender. La structure de ces micros offrent un son précis avec une mise en avant des fréquences aiguës. Si je parle de structure, c'est que la forme et la hauteur de la bobine ont une grande influence sur le rendu sonore des micros et ce au même titre que la nature des aimants, du nombre de tour de fil, de sa section ou de la nature de son revêtement.

Un exemple parfait de cette influence de la structure d'un micro est le P-90 de Gibson dont la conception diffère un peu d'un Single coil de Strat. Les aimants cylindriques sont remplacé par des "pole pieces" en fer doux qui servent de conducteurs du champ magnétique généré par deux aimants en barre placés  de part et d'autre d'une entretoise métallique (placés de manière à ce que les aimants se repoussent) située sous la bobine. La bobine quand à elle est plus large et moins haute que sur un simple bobinage de Strat.  La signature sonore de base d'un P90 est constituée de médiums puissants, de basses pleines et d'aigus harmoniquement complexes, il est toutefois un peu moins brillant et clair qu'un micro de Strat principalement à cause de la forme de sa bobine mais nous y reviendrons plus tard.

Parmi les autres modèles originaux de micros à simple bobinage, citons les micros "lipstick", les micros "Hilo'Tron" de Gretsch, le Burns "Tri-Sonic", un élément clé du son de Brian May, le "toaster top" de Rickenbacker et des variations du modèle "gold foil" des années 60 que l'on trouve sur les guitares Teisco...

Les micros double bobinage

Si on resitue un peu le contexte qui a mené à la création du micro double bobinage, il faut revenir au milieu des années 50. Gibson voulait contrer la montée en puissance de Fender avec une Les Paul de haute qualité et en développant un micro à faible bruit.

Le problème des P-90 de Gibson et des micros à simple bobinage de Fender était inhérent à leur conception, ils étaient sujet au ronflement (Hum en anglais). C'est un bruit de fond induits par le courant du secteur qui alimente les appareils électriques (50/60 Hertz) et qui interfère avec le son de la guitare.

A l'époque, le projet de créer un micro moins sensible à ces fréquences fût octroyé à Seth Lover qui était ingénieur chez Gibson (Bon ok, d'habitude, je défonce Fender et Gibson, mais pas là, je trouve qu'ils ont plutôt fait du bon boulot. Ils étaient encore créatifs et avant-gardistes à cette époque... Ah, si, un petit taquet quand même). Seth a connecté deux micros à bobine unique en série et a connecté les bobines en déphasage électrique et magnétique. Ainsi, le bruit de signal de chaque bobine séparée annulait le bruit de l'autre bobine. C'est ainsi que le capteur a été baptisé "humbucker".

Si on analyse la structure  d'un micro double bobinage, les 6 aimants que l'on trouve sur les micros Fender sont remplacés par un unique aimant plat en forme de barre placé sous une configuration de bobines placées côte à côte. L'aimant est centré dans le sens de la longueur entre chaque bobine. Comme pour le P90 dont le Humbucker s'inspire, les aimants sous chaque cordes ont été remplacées par des pièces polaires, constitués de matériau ferreux tel que l'acier pour conduire le magnétisme de l'aimant en barre et générer le champ magnétique.

Nous venons de survoler les deux grandes familles de micro de manière non exhaustive car il existe une multitude de variations à ces deux types de micros, du simple noiseless au humbucker au format simple en passant par les micros actifs mais j'y reviendrais dans d'autres articles. J'espère que vous êtes bien accrochés parce qu’on passe enfin aux choses sérieuses!

Vue éclatée d'un micro double bobinage

LA PHASE ET LA POLARITÉ

Si votre guitare ne comporte qu'un seul et unique micro simple bobinage, les notions de phase et de polarité vous passeront au dessus de la tête. Après tout, pourquoi pas, certains se contentent d'un unique P90 sur une guitare et ils ont tout ce qu'il leur faut. Cela ne posera pas non plus de problème avec deux ou trois micros simple bobinage à la condition qu'un seul micro fonctionne à la fois.

Les choses se compliquent un peu quand on utilise plusieurs bobines en même temps, que ce soit dans un humbucker ou quand on utilise simultanément plusieurs micros simple bobinage sur une Strat (Position 2 et 4 sur un sélecteur 5 positions).

Mais avant d'aller plus loin, vous devez vous familiariser avec les notions de polarité des aimants et le sens de bobinage et de polarité d'un micro.

1 - DÉTERMINER LE SENS DES AIMANTS

Pour un micro, ce qui nous intéresse est de connaitre la polarité des aimants d'une bobine au plus proche des cordes. Si vous êtes en cours de fabrication, vos aimants devront tous être orientés de la même manière sur une bobine. Pour ce faire, le plus simple est d'utiliser une petite boussole et l'approcher du dessus de votre micro. Si vous attirez l'aiguille indiquant le nord en approchant votre boussole des plots, votre bobine est orientée "Sud aux cordes". Les pôles opposés s'attirent, les pôles identiques se repoussent, je pense que je n'ai pas besoin de développer, j'imagine que tout le monde à déjà joué avec des aimants et fait sa propre expérience du magnétisme...

Pour simplifier cette opération, vous pouvez vous fabriquer un testeur à l'aide d'un simple aimant (que vous utilisez pour monter vos micros par exemple) sur lequel vous allez coller un morceau de ruban de masquage. Vous déterminez la polarité avez votre boussole et vous n'avez plus qu'a inscrire le nord et le sud. C'est simple et efficace.

Vue éclatée d'un micro double bobinage
Sens horaire et antihoraire

2 - LE SENS DE BOBINAGE

Alors, je vais essayer d'être le plus clair possible mais je ne vous cache pas que je suis susceptible de vous perdre au détour d'une explication moisie.

Quand vous sentez venir le nœud au cerveau, fermez les yeux (pas tout de suite sinon vous ne pourrez pas lire la fin de la phrase...), prenez une grande inspiration par le nez, vous bloquez 10 secondes puis vous soufflez par la bouche puis recommencez jusqu'à ce que l'envie de meurtre passe...

Pour faire simple, on considère toujours le sens de bobinage en vue de dessus, c'est à dire que l'on regarde la bobine avec la face la plus près des cordes devant soi.

Une bobine a un début et une fin. L'extrémité du début de la bobine s'appelle la "Masse" ("Ground" en anglais, je le note pour que vous puissiez vous y retrouver dans les dénominations des fabricants). L'autre extrémité du fil s'appel le "Point Chaud" ("Hot" en anglais).

Pour le sens d'enroulement de votre fil, vous avez deux possibilités:
- Le sens des aiguilles d'une montre (toujours en regardant depuis le haut de la bobine) noté en anglais, CW soit Clock Wise, autrement dit, Sens Horaire.
- Le sens inverse des aiguilles d'une montre noté en anglais, CCW soit Counter-Clock Wise, autrement dit, Sens Anti-horaire.

Dit comme ça, c'est relativement simple, sauf pour une chose...
Le sens de bobinage, c'est bien  joli mais le plus important, c'est la connexion de de votre micro dans le circuit de votre guitare. Si vous intervertissez la masse et le point chaud dans votre circuit, la bobine se comportera comme si elle était bobinée dans le sens opposé. Par exemple, une bobine avec le nord aux cordes et bobiné dans le sens horaire (CW) dont on inverse la masse et le point chaud dans le circuit se comportera comme une bobine Nord aux cordes avec une orientation anti-horaire (CCW). Ce qui revient à inverser le sens du courant dans notre bobine.

Voilà, respire l'air...


3 - LA POLARITÉ D'UN MICRO

La polarité d'un micro, c'est la combinaison de la polarité des aimants aux cordes et du sens de bobinage.

4 - PRINCIPE DE RÉDUCTION DE LA RONFLETTE D'UN HUMBUCKER

Comme rien ne vaut un exemple concret, nous allons étudier l'influence de la phase et de la polarité d'un micro double bobinage et comment est réduit le bruit.

L'astuce pour annuler le bruit parasite est d'avoir deux bobines en fonctionnement simultané, où le bruit est déphasé mais le signal de la guitare est en phase. Pour savoir comment y parvenir, nous allons d'abord examiner le signal d'un micro.

Figure 1:
Considérons le signal d'un micro simple bobinage, nous avons une courbe bleu qui correspond à la noté jouée et une courbe rouge qui représente les perturbations des champs magnétiques ambiants, générées par le réseau électrique et captées par notre micro (Ronflette). Enfin la courbe grise représente le signal de sorti de micro (la combinaison des deux ondes) qui sera ensuite amplifié. A noter que ces courbes ont un but purement illustratif.
Pour l'exemple, nous allons considérer que la bobine 1 est orientée Nord aux cordes et son sens de bobinage est horaire (CW) pour toute la démonstration. Toutes les modifications seront effectuées sur la bobine 2.

Figure 2:
Pour être en mesure d'annuler la ronflette, nous devons obtenir un deuxième signal. Pour se faire, nous ajoutons une deuxième bobine connectée en série avec la première auquel nous allons inverser le sens de bobinage.
Nous avons donc:
- Bobine 1: Nord aux cordes / Enroulement CW
- Bobine 2: Nord aux cordes / Enroulement CCW
Nous constatons que le signal des cordes et de la ronflette sont inversés par rapport à la première bobine. Si on combine les deux bobine, la ronflette s'annule, ce qui est plutôt bien mais par contre, le signal des cordes s'annule aussi, ce qui est beaucoup moins intéressant.

Figure 3:
Une autre expérience possible est d'inverser la polarité de la deuxième bobine.
La configuration est alors:
- Bobine 1: Nord aux cordes / Enroulement CW
- Bobine 2: Sud aux cordes / Enroulement CW

Comme nous le constatons, le signal des cordes est inversé dans la deuxième bobine mais le signal de la ronflette n'est pas inversée. Si on connecte les deux bobines, le signal des cordes est annulé alors que le signal de la ronflette est doublée. C'est pile le contraire du résultat recherché.

Figure 4:
Au cours de nos différents tests, nous avons constaté que l'inversion de la direction de la bobine inversait à la fois le ronflement et le signal de la corde, mais l'inversion de la polarité de l'aimant ne faisait qu'inverser le signal des cordes. Si on suit le raisonnement, il suffit d'inverser le sens de bobinage et de polarité sur la bobine 2 pour obtenir l'effet recherché.

La configuration des bobines est alors:
- Bobine 1: Nord aux cordes / Enroulement CW
- Bobine 2: Sud aux cordes / Enroulement CCW

Vous pouvez voir sur le graphique de la figure 4 que les deux signaux représentant la ronflette sont exactement opposées l'une à l'autre alors que le signal des cordes est en phase. Si nous combinons les deux signaux «totaux» des deux bobines, nous obtenons tout le signal de corde et aucun ronflement (J'imagine déjà ma compagne me retourner dans le plumard dans tous les sens pour que je ronfle moins fort, si c'était si simple...).

Dans la réalité, le souffle ne sera jamais totalement supprimé car cela impliquerait que les deux bobines soient parfaitement identiques et occupent le même espace au même moment, ce qui est impossible.

Pour vous simplifier la vie, j'ai réuni dans ce tableau l'ensemble des configurations de bobine possibles et le résultat obtenu quand on connecte les bobines ensemble.

Pour conclure

C'est tout pour cet épisode. J'ai préféré découper l'article en plusieurs épisodes pour que le sujet ne tourne pas au bourrage de crâne. On a tout juste effleuré le sujet et j'espère que vous avez trouvé le sujet intéressant. Il reste encore beaucoup à dire sur les fils, les aimants, les dimensions de bobines, les fabricants qui vous embrouillent, des idées fausses qui ont la vie dure à débunker et pleins d'autres trucs très intéressants, des rires, des coups de gueule... la vie quoi!