Phase et polarité
Deux micros peuvent être parfaitement fonctionnels lorsqu’ils sont utilisés séparément et produire un son étrangement maigre lorsqu’on les sélectionne ensemble.
La cause est souvent résumée par :
« Ils sont hors phase. »
L’expression est pratique, mais elle cache en réalité plusieurs notions différentes.
Pour comprendre ce qui se passe, il faut distinguer au moins trois choses :
la polarité magnétique du micro, le sens électrique de sa bobine et la polarité du signal qui arrive finalement à la sortie.
La polarité magnétique
Un micro magnétique possède un champ orienté selon deux pôles : nord et sud.
Sur un simple bobinage de type Stratocaster, on peut par exemple rencontrer des aimants présentant leur pôle nord vers les cordes ou, au contraire, leur pôle sud.
Cette orientation influence le sens dans lequel la vibration de la corde magnétisée produit une tension dans la bobine.
Inverser la polarité magnétique du micro inverse donc également la polarité du signal produit par les cordes.
Mais ce n’est que la moitié de l’histoire.
Le sens de la bobine
Le fil d’un micro peut être bobiné dans un sens ou dans l’autre.
On parle souvent de bobinage horaire ou antihoraire, même si cette indication n’a réellement de sens que si l’on précise de quel côté on regarde la bobine.
Plus important encore, chaque bobine possède un début et une fin d’enroulement.
En inversant ces deux connexions, on inverse la polarité électrique du signal fourni par la bobine.
Nous avons donc deux manières différentes d’inverser le signal d’un micro :
inverser sa polarité magnétique ;
ou inverser ses connexions électriques.
Si l’on fait l’une ou l’autre, le signal est inversé.
Si l’on fait les deux, les deux inversions se compensent et le signal retrouve sa polarité initiale. C’est précisément ce principe qui permet à deux bobines de rester en phase pour les cordes tout en annulant une partie du ronflement.
Deux micros en phase
Lorsque deux micros sont câblés de manière compatible, le mouvement d’une corde produit des tensions qui vont globalement dans le même sens.
Lorsqu’on additionne les deux signaux, une grande partie de leur contenu commun s’additionne également.
Cela ne signifie pas que les deux signaux sont identiques.
Les micros ne se trouvent pas au même endroit sous la corde. Chacun observe donc une portion différente de sa vibration.
C’est pourquoi deux micros en parallèle peuvent déjà produire des renforcements et des atténuations de certaines fréquences.
Le son particulier des positions 2 et 4 d’une Stratocaster en est un bon exemple.
Mais ces positions ne sont pas pour autant hors phase électriquement.
Deux micros hors phase
Si l’on inverse la polarité électrique d’un seul des deux micros, son signal se retrouve inversé par rapport à celui de l’autre.
Lorsque les deux sont utilisés ensemble, ce qui monte dans un signal tend alors à descendre dans l’autre.
Une partie du signal s’annule.
Cette annulation n’est jamais parfaite, puisque les deux micros ne captent pas exactement la même chose. Mais elle touche souvent fortement les fréquences communes aux deux signaux.
Le résultat est généralement un son :
plus faible, pauvre dans le grave et le bas-médium, avec un caractère creusé ou nasal.
C’est le son typiquement décrit comme « hors phase ».
Lindy Fralin et Seymour Duncan décrivent tous deux ce résultat comme une annulation entre les signaux des deux micros, donnant un son mince ou creux.
Un micro seul peut-il être hors phase ?
Pas vraiment, du moins pas tout seul.
La phase ou la polarité d’un signal n’a de sens que par rapport à une référence.
Si l’on inverse simplement les deux fils d’un micro utilisé seul, l’amplificateur reçoit une tension inversée, mais notre oreille n’a pas de second signal avec lequel la comparer.
Dans la pratique, le son reste donc le même.
La différence apparaît lorsque ce micro est combiné avec un autre micro ou avec un autre signal dont la polarité n’a pas été inversée.
C’est pourquoi un problème de phase peut passer totalement inaperçu jusqu’au moment où l’on sélectionne deux micros simultanément.
RWRP : Reverse Wound, Reverse Polarity
Nous avons déjà rencontré l’abréviation RWRP.
Elle signifie :
Reverse Wound, Reverse Polarity
bobinage inversé, polarité magnétique inversée.
Prenons deux simples bobinages.
Si le second possède uniquement un bobinage inversé, son signal de corde sera inversé par rapport au premier.
Les deux micros seront donc hors phase lorsqu’ils fonctionneront ensemble.
Si l’on inverse également sa polarité magnétique, on effectue une deuxième inversion.
Le signal des cordes revient alors dans le même sens que celui du premier micro.
Mais le ronflement électromagnétique capté directement par les bobines ne dépend pas de la polarité de leurs aimants. Il reste donc inversé par le changement de sens électrique et tend à s’annuler lorsque les deux micros sont combinés.
C’est le principe du RWRP.
Autrement dit :
une inversion : le signal des cordes s’oppose ;
deux inversions : le signal des cordes s’additionne, tandis que le bruit peut s’annuler.
C’est exactement le même principe de base que celui du humbucker.
Le micro central d’une Stratocaster
Sur de nombreuses Stratocaster modernes, le micro central est RWRP par rapport aux micros manche et chevalet.
Lorsqu’il est combiné avec l’un d’eux dans les positions 2 ou 4, les deux micros restent en phase pour le signal des cordes mais deviennent hum-cancelling.
Il faut toutefois éviter d’en faire une vérité historique universelle.
Les premières Stratocaster n’utilisaient pas nécessairement un micro central RWRP. Le système est devenu courant plus tard afin de réduire le ronflement dans les positions intermédiaires.
Et le humbucker ?
Le humbucker applique le même principe à deux bobines placées dans un même micro.
Les deux bobines sont associées de manière à présenter une polarité magnétique opposée et un sens électrique opposé.
Pour le signal provenant des cordes, les deux inversions se compensent : les signaux s’additionnent.
Pour les perturbations électromagnétiques captées directement par les bobines, l’inversion magnétique n’intervient pas. Le changement de sens électrique les met donc en opposition et elles s’annulent en grande partie.
C’est précisément ce que nous avions résumé dans l’article consacré au humbucker :
deux inversions pour le signal des cordes, une seule pour le parasite.
Comment mettre volontairement deux micros hors phase ?
La méthode la plus simple consiste à inverser les deux conducteurs de l’un des micros.
Son ancien fil chaud devient la masse et son ancienne masse devient le fil chaud.
Un interrupteur DPDT ou un push-pull permet de réaliser cette inversion à la demande.
On peut ainsi disposer d’un son normal dans une position et d’un son hors phase dans l’autre.
Mais il existe une précaution importante.
Sur certains micros traditionnels, l’un des conducteurs de la bobine est également relié à une pièce métallique : capot, plaque de base ou blindage.
Dans ce cas, inverser simplement les deux fils peut placer cette pièce métallique du côté « chaud » du signal et provoquer davantage de parasites.
Il faut alors séparer la masse du blindage de celle de la bobine avant de réaliser l’inversion.
C’est notamment un point à surveiller sur certains micros de Telecaster ou sur les humbuckers utilisant un câble blindé à un seul conducteur. Fralin souligne également cette difficulté lorsqu’on souhaite inverser électriquement certains micros Fender traditionnels.
Hors phase magnétique ou électrique ?
Du point de vue du signal final, les deux peuvent conduire à une inversion.
Mais les conséquences ne sont pas forcément les mêmes pour l’annulation du bruit.
C’est pourquoi il est préférable, lorsqu’on parle du micro lui-même, de préciser :
polarité magnétique nord ou sud ;
sens de bobinage / connexions électriques ;
puis seulement de parler du résultat en phase ou hors phase par rapport à un autre micro.
Dire simplement qu’un micro possède une « phase » peut prêter à confusion.
Et la phase au sens strict ?
En électronique, la phase décrit normalement le décalage entre deux signaux dans le temps.
Pour deux sinusoïdes identiques, on peut par exemple parler d’un déphasage de 90° ou 180°.
Dans une guitare passive, lorsque l’on inverse les fils d’un micro, on ne crée pas réellement un décalage temporel de 180°.
On effectue une inversion de polarité :
ce qui était positif devient négatif et inversement.
L’expression « hors phase » est néanmoins tellement ancrée dans le vocabulaire de la guitare qu’elle reste utilisée partout.
Elle est parfaitement compréhensible tant que l’on sait ce qu’elle signifie réellement.
Pourquoi le son hors phase n’est-il pas complètement silencieux ?
Si deux micros captaient exactement le même signal avec exactement la même amplitude, puis que l’on inversait l’un d’eux, leur addition donnerait théoriquement zéro.
Mais les micros d’une guitare sont espacés.
Ils n’observent donc pas la corde au même endroit.
Pour certaines fréquences, leurs signaux sont proches et s’annulent fortement.
Pour d’autres, ils sont différents et une partie du signal subsiste.
C’est cette annulation incomplète et dépendante de la fréquence qui donne au montage hors phase son caractère très particulier.
On obtient en quelque sorte un filtre créé par la différence entre ce que captent les deux micros.
En résumé
La polarité magnétique décrit l’orientation du champ. La polarité électrique dépend de l’enroulement et de ses connexions. Le tableau compare une seconde bobine à une bobine de référence, dans un modèle idéal où les deux reçoivent le même parasite magnétique.
| Inversion relative | Signal de la corde | Parasite commun capté par les bobines |
|---|---|---|
| Ni électrique ni magnétique | Même polarité. | Même polarité : il s’additionne. |
| Électrique seulement | Polarité opposée. | Polarité opposée : il peut s’atténuer. |
| Magnétique seulement | Polarité opposée. | Même polarité : l’aimant inversé ne suffit pas à annuler ce parasite. |
| Électrique et magnétique — principe RWRP | Même polarité. | Polarité opposée : annulation possible. |
Une bonne annulation suppose des contributions de bruit suffisamment proches. Sur deux micros placés à des endroits différents, le signal musical n’est pas identique : l’inversion de polarité ne rend donc pas automatiquement la guitare silencieuse.
Lorsque des micros sont dits « hors phase », le langage de la guitare désigne souvent une inversion de polarité de l’un des signaux. C’est moins mystérieux que le vocabulaire ne le laisse penser. Il aura tout de même fallu deux aimants, deux bobines et quelques fils pour compliquer un simple signe plus ou moins.