Bobiner vos micros: Les bases (Episode 2)

Les SPÉCIFICITÉS d'un micro 

Si vous vous intéressez un peu aux micros, vous avez probablement déjà entendu parler de résistance, d'inductance, de fréquence de résonance, de facteur de qualité et de bien d'autres spécifications sans trop savoir quels effets leurs variations pouvaient bien avoir sur le son de votre micro. Découvrons le !

1 - LA RÉSISTANCE

Si la résistance d'un micro est un paramètre omniprésent dans toute description de micro, et ce, chez tous les constructeurs, c'est également le paramètre le plus dénué de sens (vous ne vous y attendiez pas à celle là !?!).

Abordez le thème de la résistance d'un micro avec un guitariste et il vous parlera tout de suite de niveau de sortie, de puissance et vous prouvera par la même qu'il n'a pas la moindre idée de ce dont il parle (ho, le joli taquet!).  

Je m'explique, la résistance électrique, c'est la capacité d'un matériau à résister au courant électrique (mesurée en Ohms «Ω»). Si on veut prendre une analogie, on peut comparer la résistance au diamètre et la longueur d'un tuyau dans lequel vous essayez de pomper de l'eau. Plus le tuyau est étroit et long, plus il est difficile d'y faire circuler l'eau. Dans un conducteur électrique, plus le fil est épais et court et plus la résistance électrique est faible. Plus le fil est long et son diamètre est petit, plus la résistance électrique est élevée.

La plupart des micros à simple bobinage de style Strat utilisent une conception et des dimensions identiques, le même fil de cuivre de 42 AWG et des aimants AlNiCo 5 similaires. Dans ce cas limite de «toutes choses étant égales par ailleurs», la résistance est en fait un assez bon descripteur des performances du micro. C'est l'une des raisons pour lesquelles il est devenu si largement utilisé. Mais changez une chose et cela commence à devenir beaucoup moins significatif.

Si on la réduit à sa plus simple expression dans un micro, la résistance sera déterminée par la résistivité du conducteur, la longueur du fil de votre bobine et son calibre (son diamètre). Enfin ça, c'est la théorie car en réalité, la résistance d'une bobine peut varier, significativement.

Ne me regardez pas comme ça, oui j'ai des exemples dont vous pourrez en vérifier certaines par vous même à l'aide d'un ohmmètre :

• Mesurez votre micro avant et après installation dans votre guitare et vous constaterez qu'il aura perdu un peu de résistance.
• La température a une influence sur la résistance de vos micros. Laissez votre guitare au soleil derrière une fenêtre et vos micros auront une résistance plus élevée que si vous la stockiez dans une pièce fraîche. Mesurez la résistance à une température de 20°C pour une mesure cohérente.
• Plus le diamètre de votre fil est gros et plus la résistance est basse.  Considérons deux bobines dont les diamètres de fil sont différents. Il est possible d'avoir une bobine indiquant une résistance plus faible que l'autre à nombre de spires égales et pourtant avoir un niveau de sortie plus élevé.
• La forme de la bobine va également fortement influer la résistance de cette dernière à nombre de spires égales. Une bobine large et basse aura une résistance plus élevée qu'une bobine haute et étroite en raison de la longueur supplémentaire de fil nécessaire pour faire un tour à mesure que la bobine se remplit.
• Des variations microscopiques dans le fil de cuivre, même si elles restent dans les tolérances du constructeur peuvent affecter la résistance.
• La nature du fil aura également un impact sur la résistance. A diamètre égale, un fil en cuivre / argent n'aura pas la même résistance qu'un simple fil de cuivre.
• Et voici l'argument le plus probant histoire d'enfoncer le clou. Prenez un micro à 10 kΩ sensé être un micro à haut niveau de sortie, vous lui enlevez les aimants et vous aurez un niveau de sortie proche de 0 alors que la bobine aura toujours une résistance de 10 kΩ.

Comme vous l'aurez compris, la résistance d'une bobine ne nous apprendra rien sur le son ou le niveau de sortie de notre micro. L'augmentation du niveau de sortie ne provient pas d'une résistance plus élevée, mais d'un nombre de spires plus grand qui génère plus d'inductance.

Connaitre la résistance d'une bobine à toutefois une utilité quand on doit dépanner un micro. Si vous mesurez une résistance infinie, c'est que votre fil est cassé quelque part dans la bobine. Si vous mesurez une résistance de 3000 Ω alors que le constructeur vous l'a vendu pour 8000 Ω, c'est que vous avez un cours circuit dans votre bobine.

Résistance du micro et valeur du potentiomètre

Un des points où la résistance devient importante est la manière dont le micro interagit avec le potentiomètre de volume et de tonalité. Pour faire simple, un potentiomètre de guitare, c'est juste une résistance variable. Le bouton fait tourner un balai en contact avec une bande résistive semi-circulaire, dont une extrémité est reliée à la masse.

Lorsqu'il est sur «10», la pleine résistance du potentiomètre bloque le chemin vers la masse. Lorsque le potentiomètre est réglé sur «0», la quasi-totalité du signal va à la masse et le volume est coupé. Lorsque le potentiomètre est sur «10», la majeure partie du signal est conservée, mais certaines des fréquences les plus élevées peuvent passer à la masse. Plus la valeur du potentiomètre est élevée par rapport au type de micro, moins on perd d'aigus.

Reprenons notre analogie avec le tuyau d'arrosage (Ouaich plombiers, spéciale dédicace...) dans lequel on a un petit trou d'épingle. L'eau sortant de la buse à l'extrémité du tuyau représente le signal sortant vers l'ampli. Avec un petit trou d'épingle dans le tuyau, presque toute l'eau du tuyau sort toujours de la buse, mais une petite quantité d'eau sous forme de spray s'échappera par le trou d'épingle. Ce spray représente les aigus perdus à travers le potentiomètre de volume.

Un potard de 250 k peut être considéré comme un plus gros trou dans le tuyau, soit une plus grande quantité d'aigus perdue par rapport à un potard de 500 k. Les bobines simples de type Strat, avec des résistances de l'ordre de 5000 Ohms environ, utilisent généralement des potentiomètres de 250 kΩ. Les humbuckers qui possèdent généralement une résistance plus élevée, approchent les 10000 Ω et sont généralement mieux équilibrés avec des potards de 500 kΩ.
Une bonne règle de base pour déterminer la valeur d'un potentiomètre avec des micros passifs est de diviser la valeur de résistance de votre micro par 20. 

2 - L'INDUCTANCE

L'inductance (L) mesurée en henry (H) dépend du nombre de spires de votre bobine, du matériau magnétique dans la bobine, de la densité d'enroulement et de la géométrie globale de la bobine.

Il est important que la mesure soit effectuée à une certaine fréquence, qui, pour les systèmes audio, est généralement de 1 kHz. L'inductance peut être facilement mesurée à l'aide d'un multimètre de bonne qualité possédant une position "20 H" car si la majorité des micros ne dépassent pas les 10 Henrys, les micros sur-bobinés les dépassent largement.

Si la mesure de l'inductance des humbucker offre généralement une lecture régulière, la mesure des micros simple bobinage peut poser quelques problèmes de fluctuation d'affichage en raison des ronflements provenant d'ampoules au néon ou fluorescentes ou de leurs transformateurs.

Vous pouvez palier à ce problème en plaçant votre micro dans une boite en fer (le récipient doit être magnétisable, les boites en bois, plastique ou aluminium ne fonctionnent pas). Votre mesure devrait être plus cohérente.

Alors, qu'est-ce que l'inductance?

Comme expliqué dans l'article précédent, l'inductance dans un capteur magnétique est la capacité de générer un courant à partir d'une variation du champ magnétique. La variation du champ magnétique est générée par la vibration des cordes en acier (chargées magnétiquement par les aimants de votre micro) au-dessus du capteur (votre micro en l’occurrence).

Comme nous pouvons le voir avec la formule de l'inductance, on constate qu'elle est dépendante des aimants, de la section et de la longueur du fil mais l'élément le plus influent est le nombre de spires. Plus le nombre de spires augmente, plus l'inductance augmente de façon quadratique (multipliez le nombre de spires par 2 et votre inductance sera multiplié par  2²soit 4 . Ça monte vite...).

L'inductance est une bonne mesure du rendement et donc du niveau de sortie d'un micro. Pour une même variation du champ magnétique, une inductance plus élevée, générera un courant plus élevé et donc un signal plus fort.

Examinons les caractéristiques de trois micros emblématiques.

Le micro simple bobinage Strat utilise des aimants AlNiCo 5 et une bobine enroulée autour de ces pôles composé de 7500 à 8500 tours. Cela donne des résistances typiques de 5,5 à 6,5 k Ohms et des inductances de 2,3 à 3,0 Henries.

Le PAF se compose de deux bobines, sensiblement similaires à celle d'un micro Strat, si ce n'est que le PAF utilise des pièces polaires en acier comme conducteur du flux magnétique (Nous verrons plus tard ce que cela implique). Chaque bobine du PAF est enroulée sur 5500 à 6500 tours pour une résistance d'environ 7000 à 9000 Ohms connectées en série (connectées en série, la résistance des deux bobines s'ajoute).

le P90 est un micro simple bobinage qui utilise des pièces polaires en acier et une bobine plus courte et plus grosse qu'un micro de type Strat. Pour un nombre de spires plus ou moins identique à celui d'un PAF, le P90 produit une inductance beaucoup plus élevée en raison de la plus grande section occupée par les spires sur la bobine.

Si vous connaissez ces micros, faire le parallèle entre le niveau d'inductance et le niveau de sortie devient assez parlant.

Le second point pour lequel l'inductance de votre micro va jouer un rôle important est son timbre. En effet, accroître le nombre de spires dans votre bobine va accentuer sa réponse dans les aiguës et le rendre plus brillant mais ce jusqu'à un certain point au delà duquel, plus de tours atténueront les aigus. 

Pensez-y comme à une courbe en cloche ou les aigus vont croître et décroître à mesure que le nombre de spires augmentent. Ce point de bascule à partir duquel, plus de spires font décroître les aigus s'appel le pic de résonance.

A ce stade, il est important de noter que le rangement du fil dans notre bobine, le nombre de spires, le pattern d'enroulement et des différentes interfaces entre le micro et l'ampli comme les potards, les condensateurs ou le câble de la guitare agissent comme un condensateur et possèdent donc une capacité.

Vous obtenez une capacité à chaque fois que deux conducteurs d'un même circuit sont proches l'un de l'autre. Plus les conducteurs sont proches et gros, plus la capacité est élevée. 

Si, individuellement, ces valeurs capacitives peuvent sembler basses, à l'exception du câble qui possède la capacité la plus grande de la chaîne, elles s'ajoutent et vont avoir une influence audible sur le son de votre micro.

Pour résumer, plus l'inductance est faible, plus le pic de résonance est élevé. Cela signifie que plus les valeurs de l'inductance et de capacité connectée sont élevées, moins les aigus seront transférés dans le système, et vice versa. C'est la principale raison pour laquelle les micros sur-bobinés produisent généralement moins d'aigus.

Mais avant d'aborder une des notions les plus importantes de la conception des micros, je voulais ouvrir une petite parenthèse.

Depuis le début de cet article, je parle beaucoup de l'influence des différents paramètres sur les fréquences aiguës. Comprenez bien que le but du jeu n'est pas d'avoir le micro avec la plus grande réponse en aigu possible mais de savoir quels paramètres vous permettront de modeler le timbre de votre micro.

Pour cela, je vais devoir faire référence à quelques formules mathématiques à titre d'illustration, mais promis, je vais faire le maximum pour que ce soit le plus compréhensible et le plus digeste possible (pourquoi je me mets dans des galères pareilles?).

Ceci dit, accrochez vous car ça va secouer un peu...

3 - LA FRÉQUENCE DE RÉSONANCE

Le pic de résonance est étroitement lié à l'inductance du micro et à la "charge externe". 

La charge externe se compose de la résistance (le potentiomètre de volume et de tonalité de la guitare et de toute résistance à la terre à l'entrée de l'amplificateur) et de la capacité. Cet agencement de composants passifs constitue ce que l'on appelle un filtre passe-bas du second ordre.

Comme son nom l'indique, un filtre passe-bas est un filtre qui laisse passer les basse fréquences (les graves) jusqu’à sa fréquence de coupure et atténue les hautes fréquences au delà. L’ordre d’un filtre définit l’efficacité avec laquelle on supprime les fréquences par rapport à la fréquence de coupure. Plus l’ordre du filtre est élevé plus son efficacité est élevée.

Examinons la courbe de réponse en fréquence de notre micro. Nous constatons tout d'abord une courbe assez plate dans les fréquences graves, puis qui monte de manière exponentielle jusqu'à un pic d'amplitude en f0 et décroit à mesure que la fréquence augmente.

Au début de la courbe, notre filtre passe bas fait son travail en laissant passer la vibration fondamentale et toutes les harmoniques de fréquences graves sans altération.

Nous constatons ensuite un accroissement de la tension dans notre micro jusqu'à un maximum, le pic de résonance. Comme tout circuit RLC (Résistance R, Inductance H et Capacité C), notre micro possède une fréquence de résonance  déterminée par la formule suivante.

Comme vous le constatez, la fréquence de résonance fR est inversement proportionnelle à l'inductance L et à la capacité C. Ce qui signifie que si on augmente l'inductance en ajoutant des spires à la bobine, ou que l'on augmente la capacitance (causé par un bobinage trop régulié ou/et un câble jack à forte capacité), la fréquence de résonance de notre micro diminue. Ceci a pour effet de réduire les aigus et rendre votre micro moins brillant.

Le point important, c'est que les harmoniques situées dans la plage autour de la fréquence de résonance sont amplifiées. Les harmoniques au delà de la fréquence de résonance sont progressivement réduites jusqu'à la fréquence de coupure de notre filtre passe bas. Au delà les fréquences aiguës subissent une atténuation de 12 dB par octave.

En utilisant le son clair d'un ampli, il est possible d'assigner certaines tonalités à différentes fréquences de résonance. Avec un ampli saturé, l'interprétation relève plus de la psycho-acoustique qu'autre chose.

En fonction de la fréquence de résonance, nous allons pouvoir cartographier des caractéristiques sonores de ces différentes plages de fréquences.

- En dessous de 1 kHz : terne, creux, étouffé.
- 1,0 à 1,5 kHz : très doux, lisse et moelleux
- 1,5 à 2,0 kHz : chaud
- 2,0 à 2,5 kHz : chantant - un pic de résonance typique d'un humbucker PAF
- 2,5 à 3,0 kHz : brillant
- 3,0 à 5,0 kHz : dur, strident, métallique - le pic de résonance des Strat et Tele.
- 5,0 à 8,0 kHz : aigu
- 8,0 à 15,0 kHz : glacial.
- Au-dessus de 15,0 kHz : neutre, insipide, sans vie.

Ce ne sont que des observations subjectives, mais qui permettent de se faire une bonne idée du résultat.

4 - LE PIC DE RÉSONANCE

Le pic de résonance ou facteur Q représente l'amplitude maximum de la fréquence de résonance et se calcule de la manière suivante.

On constate que que la fréquence de résonance est liée à la résistance, l'inductance et la capacité de notre chaîne (bobine, câble jack, ...) avec une influence marquée par la résistance.

En terme de réponse du micro, plus le facteur Q est élevé, plus le micro devient expressif, jusqu'à un certain point. Comme on l'a fait pour la fréquence de résonance, on peut classer de manière subjective les différentes valeurs de réponse.

- Avec un Q de 2 ou moins, le micro sonnera superficiel et sans expression.
- Avec un Q entre 2 et 5, notre ouïe humaine est satisfaite en ce qui concerne les micros passifs comme un PAF ou un Strat à simple bobinage.
- Avec un Q de 5 et plus, le son commence à devenir désagréable, nerveux et peu naturel.

Sur un ampli avec beaucoup de gain, un micro avec un pique de résonance de 7 peut très bien sonner, et sonner médiocrement en son clair.

Vous l'aurez compris, le Q, c'est comme on aime (j'étais pas obligé mais elle m'amusait celle là)

Si vous connaissez la fréquence de résonance et la hauteur du pic de résonance, vous connaissez 90% des caractéristiques de votre micro.

Ces deux paramètres sont l'Alfa et l'Oméga du son d'un micro.

Le pic de résonance est mesuré en kHz, et il n'est pas possible de le mesurer à la volée avec un simple multimètre numérique. Il existe des outils d'analyse de microphones très coûteux pour le mesurer. Il est toutefois possible d'utiliser un circuit de mesure composé d'une résistance, d'un générateur d'ondes sinusoïdales et d'un oscilloscope. Cela permet de mesurer le "pic de résonance neutre" et, si vous ajoutez une capacité externe pour simuler le câble de la guitare, vous pouvez obtenir une très bonne impression du son que votre micro aura dans des conditions réelles.

Pour conclure

C'est tout pour aujourd'hui. J'espère ne pas avoir été trop rasoir avec toutes ces notions techniques et j'espère que vous avez appris quelques petites choses intéressantes qui vous permettront de briller en soirées pour peu que les instances dirigeantes daignent nous rendre à la vraie vie.
Dans le prochain article, nous traiterons de fil, d'aimants, de l'influence des pièces polaires, des plaques de base et des capots sur le son de notre micro.

Bobiner vos micros épisode 3