Micro inductif de guitare électrique

Le signal de sortie du micro correspond t-il aux vibrations de la corde?

Auteurs: LE BOUQUIN Gautier, CHABOUD Alexis, BERTON Baptiste
Année: 2006-2007

Il est important pour un musicien de pouvoir retransmettre exactement ce qui est joué, que ce soit un instrument acoustique ou électrique, vers un éventuel système d'amplification. Pour cela, plusieurs types de micros existent.

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Parmi les plus courants, il y a les micros dynamiques, statiques ou inductifs. Les micros dynamiques et statiques peuvent capter n'importe quel type de sons mais leur polyvalence nuit à leur capacité. En revanche, les micros inductifs ou magnétiques nécessitent cependant des objets vibrants de nature métallique (ferri ou ferromagnétique), ce qui implique qu'il a aussi de nombreuses perturbations.

Ce préambule nous amène à nous demander quelle est la fidélité d'un micro de guitare électrique.

Micro de type "single coil", semblable à celui étudié dans notre TIPE :

Visites :

Afin d'obtenir des informations nous sommes allés à la rencontre de professionnels de la musique et de l'électronique, à savoir Audio électronique à Chambéry qui nous a renseigné sur les modèles équivalents des montages de guitares électriques, et pour réaliser l'expérience que nous décrirons par la suite, nous nous sommes procurés une guitare à Aix Music afin de démonter les micros pour les étudier.

Recherche :

 

  • Schémas de câblage des micros sur une guitare
  • Modèles électriques équivalents à des montages connus
  •  

    Expériences :

    Nous avons réalisés deux expériences afin de mieux comprendre le fonctionnement de la guitare (micro + montage). D'une part, visualisation des signaux en sortie de guitare et simulation de la vibration d'une corde.

    1ère expérience: Visualisation des signaux en sortie de guitare :

    Pour comprendre le fonctionnement nous avons commencé par une expérience simple qui consistait à visualiser les signaux en sortie de la guitare. Pour cela nous avons joué la même note de deux façon différentes : à vide, et avec une harmonique.

    a) Corde de LA jouée à vide :

     

    On peut voir sur la figure "LA 3" que le signal est loin d'être sinusoïdal pour les raisons suivantes :

  • La vibration de la corde dépend du mouvement communiqué par l'utilisateur avant de lâcher la corde (vitesse initiale non nulle)
  • La vibration de la corde entraîne une déformation du manche qui se répercute sur la forme du signal
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    La figure "LA3 FFT" représente la décomposition du signal en série de Fourrier. On s'aperçoit que le signal est composé de beaucoup d'harmoniques.

     

    b) Corde de LA jouée en harmonique :

    On appelle noeud, la partie d'une onde mécanique qui n'évolue pas en fonction du temps. En d'autres termes, c'est un endroit de la corde où il n'y a pas de vibrations. Il y a des noeuds tout le long de la corde mais les plus perceptibles sont au milieu de la corde, à 1/3 de la longueur de la corde, à ¼... les autres sont plus difficiles à atteindre compte tenu de leur distances de plus en plus petites.

    On appelle "jouer une harmonique" le fait de poser le doigt sans appuyer sur la corde au niveau d'un noeud. (Cf.: croquis ci-dessous).

     

    On peut voir sur la figure "harmonique LA 3" le signal obtenu lorsqu'on pose le doigt au milieu de la longueur de la corde de LA. Le signal est nettement plus proche d'une sinusoïde pour les raisons suivantes :

  • Le mouvement principal de la corde est filtré par le doigt posé sur la corde
  • L'atténuation des vibrations réduit la tension appliquée sur la corde et donc cela limite les déformations du manche
  •  

    La figure "LA3 FFT" représente la décomposition du signal en série de Fourrier. On s'aperçoit que le signal est composé de beaucoup moins d'harmoniques.

     

    2ème expérience: Simulation de la vibration d'une corde :

     



    Nous avons simulé la vibration d'une corde à l'aide d'un vibreur branché sur un générateur de basses fréquences avec adaptation d'impédance, de ce fait, nous connaissons parfaitement le mouvement de la corde (signal sinusoïdal). Cela nous permet de d'obtenir des courbes en sortie du micro à des fréquences voulues. Nous avons pu observer qu'à la sortie du micro la fréquence et la forme du signal étaient préservés, on a pu constater, malgré un déphasage qui dépend soit du micro soit de la réponse mécanique du vibreur, que la réponse du micro est linéaire.

     

    Notre expérience a consisté à fixer la corde d'une part sur le vibreur, d'autre part sur une poulie au bout de laquelle nous avons pendu une masse. Face à cette corde, nous avons placé le micro, que nous avons relié à un oscilloscope, afin qu'il puisse capter son oscillation mécanique. Nous avons également relié la sortie de l'adaptateur d'impédance à l'oscilloscope, ce qui nous a permis d'avoir les caractéristiques du mouvement. Ces deux mesures nous ont permis (malgré les réponses éventuelle du vibreur) de déceler un déphasage entre la vibration et la réponse du micro.

     


    En rouge : Courbe correspondant à la réponse du micro.
    En bleu : Courbe correspondant à la sortie de l'adaptateur d'impédance.

     

    Modélisation:

    Nous avons modélisé le circuit électrique interne de la guitare à l'aide du logiciel de simulation électronique Orcad. Cette simulation nous a permis de voir que le comportement de ce circuit, grâce à des simulations à plusieurs fréquences, est le même que celui d'un filtre de type passe-bas. Nous avons étés amenés à calculer l'inductance de la bobine en utilisant des données directement mesurées sur le micro, à savoir, mesure du courant dans la bobine lorsqu'on lui applique une tension de 5V, mesure de l'impédance à une fréquence donnée.

    Voici la modélisation du micro + le câblage du circuit interne de la guitare :

  • L'inductance L2, la résistance R1 et le générateur de tension sinusoïdal représentent le micro ainsi que la vibration de la corde.
  • Les résistances R2 et R3 représentent la résistance ajustable correspondant au potentiomètre de volume
  • La résistance R5 et le condensateur C1 correspondent au potentiomètre de tonalité qui consiste à régler les aigues ou les graves.
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    Le point VDB correspond à la prise Jack de la guitare.
    Voici la représentation sur une courbe de Bode du filtre réalisé ci-dessus :

     

    Conclusion:

    Les éventuels déphasages la vibration de la corde et le signal de sortie n'influe pas sur le son en sortie. Les potentiomètres, notamment celui de tonalité, répondent parfaitement à leur fonction et ne provoque pas un déphasage important. La nature du circuit permet de conserver la forme du signal et la fréquence, donc le son n'est pas, ou peu, modifié.

    Dans l'hypothèse où l'on néglige les éventuels déphasages (la réalité étant très proche de cette hypothèse), la réponse du micro est parfaite.

     
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