Fonctionnement

Quand le thérémine est allumé, il se crée instantanément un champ électromagnétique autour des deux antennes. La taille du champ électromagnétique peut être ajustée grâce à un bouton situé sur l’instrument. Ainsi, les antennes du thérémine captent les variations d’ondes électromagnétiques (créées par exemples par les mains du joueur). L’antenne verticale contrôle la hauteur de la note, tandis que l’antenne horizontale, en forme d’anneau, contrôle le volume. Les notes aiguës sont produites par le déplacement de la main près de l’antenne verticale, tandis que les notes basses résultent du mouvement inverse. Autrement dit, tout ajout de masse à l’intérieur du champ électromagnétique fera augmenter la fréquence de la note. Le volume est à zéro quand la main de l’instrumentiste est proche de l’antenne circulaire et devient de plus en plus fort à mesure que la main se retire.

Dans le Manuel d’Initiation au theremin rédigé par Jimmy Virani et Coralie Ehinger, le « theremingénieur » Thierry Frenkel y explique avec clarté le fonctionnement du thérémine. Voici le début de ses explications :
Le thérémine ressemble à une boîte magique incompréhensible. Pourtant, son fonctionnement n’est pas sorcier. Le principe est un dérivé de celui de la radio. Léon Theremin a utilisé un effet que l’on cherche ordinairement à éliminer : le sifflement d’interférence. Un thérémine contient deux petits émetteurs d’ondes radio que l’on appelle aussi « oscillateurs ». Les oscillateurs sont le cœur du thérémine. Ils sont composés entre autres d’une bobine et d’un condensateur, qui forment ce qu’on appelle un « circuit résonateur ». Ce circuit détermine la fréquence (nombre d’oscillations par seconde) initiale de cet oscillateur. Un de ces oscillateurs (O1) est connecté à l’antenne du thérémine. Cela permet de le dérégler en approchant la main. En effet, le joueur étant virtuellement relié à la terre, il crée un circuit fermé avec le thérémine. Entre la main du joueur et l’antenne du thérémine se forme alors un condensateur supplémentaire. Plus la main s’approche de l’antenne, plus la capacité (quantité de charge électrique stockée) de ce condensateur augmente.  Plus la capacité électrique supplémentaire augmente (ou plus la main du joueur s’approche), plus la fréquence de l’oscillateur (O1) diminue.  Par effet hétérodyne (détection de la différence entre l’oscillateur O2 et O1),  plus la main du joueur s’approche, plus la fréquence de note entendue augmente.

Voici un extrait d’article, écrit par le Docteur Marcel Boll, un scientifique français, après avoir assisté à une démonstration du thérémine à Paris en 1927. Ces documents nous ont été fournis par le théréminsite Peter Pringle que nous remercions chaleureusement. Le Docteur Boll explique d’une façon précise et plus ou moins facile à comprendre, le principe du fonctionnement des premiers thérémines (que l’on appelait alors «ondes éthérées»). Les explications du Docteur Boll, sont restituées telles qu’il les a écrites, sans y changer un mot. Il faut souligner que dans les appareils électroniques d’aujourd’hui, la lampe a été remplacée par le transistor (inventé en 1947). En ce qui concerne le thérémine, les principes restent les mêmes et les explications du Dr. Boll sont toujours valables. Pour beaucoup de vrais « connaisseurs », pourtant, la qualité du son musical produit ou amplifié par les appareils à transistors, est inférieure à la qualité des anciens appareils aux lampes. En conséquence, il y a depuis quelques années déjà, une renaissance de la lampe qu’on croyait tombée en désuétude.

Les commentaires du Docteur Marcel Boll (1927) Les expériences qui ont été faites tout récemment à Paris (à la salle Gaveau et à l’Opéra) par les ingénieurs russes Theremin et Goldberg, ont suscité, à juste titre, une vive curiosité dans le monde scientifique et artistique. Par un simple mouvement des mains devant un circuit électrique, produire des notes musicales, tel est le procédé fort ingénieux, qui consiste à engendrer, grâce à la présence d’une hétérodyne, des courants téléphoniques directement utilisables dans les hauts-parleurs. On trouvera, dans l’article ci-dessous, exposé avec exactitude, le principe de cet appareil, qui marque une date dans les rapports entre la musique et l’électricité. Avant d’exposer le principe de cette invention, il convient de dissiper une confusion: on a parlé, à ce propos, d’ «ondes éthérées», ce qui ne veut rien dire. L’éther est, aujourd’hui, une conception périmée, et les ondes électromagnétiques ne jouent dans l’affaire, qu’un rôle tout à fait accessoire. Elles y jouent à peu près le même rôle que dans les vulgaires transformateurs, dont le principe date de l’Anglais, Faraday (1831); le point essentiel, c’est qu’on s’arrange pour modifier les caractéristiques d’un circuit métallique parcouru par un courant alternatif de fréquence plus ou moins haute, c’est-à-dire changeant de sens un plus ou moins grand nombre de fois par seconde. Lorsqu’un corps matériel – et j’entends par là un solide, un liquide ou un gaz – exécute des vibrations qui ne sont ni trop rapides ni trop lentes, l’oreille est prévenue de l’existence de ces vibrations par la perception d’un son. Le ‘la’ des diapasons habituels correspond à 435 vibrations par seconde (*aujourd’hui, en 2003, il est rendu à 450 vps*); et les sept octaves des notes d’un piano commencent, à gauche, à 3,480. «La hauteur» des sons est donc leur première qualité; elle provient de la fréquence de leurs vibrations. «L’intensité», deuxième qualité des sons, résulte de la grandeur de l’amplitude de ces vibrations. Enfin, «le timbre» provient de la superposition au son principal (son fondamental) d’un certain nombre d’harmoniques, c’est-à-dire des sons ayant des fréquences deux, trois, quatre, cinq fois plus grandes; c’est par suite de l’absence d’harmoniques que le son d’un diapason est plus «pauvre» que celui d’un violon. Deuxième idée: le courant électrique alternatif est un courant qui change de sens un certain nombre de fois par seconde, tandis qu’une batterie d’accus produit un courant continu, un courant toujours dans le même sens. Le «secteur de la rive gauche» de Paris fournit à ses abonnés un courant qui change de sens cent fois par seconde (*il est à noter que ce n’est plus le cas depuis longtemps*), en d’autres mots, qui circule dans un sens cinquante fois par seconde et cinquante fois par seconde dans l’autre sens: sa fréquence est donc de 50 oscillations par seconde. On sait depuis longtemps, en électrotechnique, que les courants électriques peuvent émettre des sons; sans parler des diapasons entretenus électriquement, ni des arcs chantants, on constate que les transformateurs où les tôles sont mal serrées, donnent naissance à des ronflements correspondants précisément à 50 vibrations par seconde; c’est-à-dire au premier «sol dièse» d’un piano (à partir de la gauche). Enfin, chacun sait que par une bobine de self variable, ou par un condensateur variable (fig. 1) on peut modifier la fréquence d’un «circuit oscillant», c’est-à-dire d’un circuit parcouru par un courant alternatif, comme l’a indiqué Kelvin, en 1853. Un condensateur, c’est tout simplement deux corps en regard, séparés par de l’air. Si on diminue la surface des armatures, la fréquence d’un circuit décroît; si on diminue leur distance, cette fréquence devient plus grande. En particulier, (et c’est ce qu’a fait l’inventeur russe Léon Thérémin), une des armatures du condensateur peut être la main (fig. 2) car notre corps fonctionne, au point de vue électrique, comme s’il était exclusivement formé d’eau peu salée. La figure 1 représente le montage classique de productions d’oscillations entretenues par la lampe à trois électrodes: fermer l’interrupteur, c’est un geste tout à fait comparable à celui de mettre en branle le balancier d’une horloge; ce balancier continue à osciller avec sa fréquence propre et, de même, ici, le circuit oscillant fournit du courant alternatif, dont la fréquence dépend notamment du condensateur variable.

Figure 1 – La lampe à 3 électrodes peut émettre des oscillations plus ou moins rapides

 

C’est là un montage bien connu des sans-filistes. Lorsqu’on ferme le commutateur, le circuit du condensateur variable se met à osciller; en faisant varier la capacité du condensateur, on rend les oscillations plus ou moins rapides. On peut s’arranger pour ne pas obtenir des hautes fréquences, mais des fréquences musicales. Le courant alternatif se transmet alors par les bobines d’accouplement, et le haut-parleur émet un son, dont on peut faire varier la hauteur en tournant le bouton du condensateur variable.
Rien ne sera changé si on remplace le condensateur par deux antennes placées au voisinage des mains de l’instrumentiste. Si sa main droite s’approche de l’antenne rectiligne verticale, la fréquence augmentera, comme je viens de l’expliquer, et le haut-parleur émettra un son plus aigu. La main gauche se déplace devant une antenne circulaire horizontale, et l’expérience a montré que l’intensité du son émis diminue lorsqu’on rapproche la main. On voit que nous disposons ainsi des deux premières qualités du son: de la hauteur et de l’intensité. Néanmoins, les deux montages (fig. 1 et2) restent purement théoriques, car l’émission directe des fréquences musicales nécessite des modifications du « condensateur humain », qui ne sont guère réalisables manuellement. L’inventeur s’est par la suite adressé au montage bien connu de l’hétérodyne (littéralement: « puissance différente ») qui sert en radiotélégraphie pour produire les « fréquences musicales » de la réception au son. L’hétérodyne est exactement l’analogue des battements en acoustique. Si on frappe en même temps sur le premier « la » d’un piano, on perçoit, en plus des deux notes, des renforcements du son à raison de quatre par seconde: ces « battements » s’effectuent donc avec la fréquence résultante des deux sons composants. Électriquement, nous avons affaire au montage représenté par la figure 3. Les oscillations du circuit hétérodyne se superposent à celles du circuit primitif (fig. 2); si, par exemple, la fréquence de l’hétérodyne est 49,200 et celle du circuit de l’instrumentiste 50,235, la fréquence résultante sera 435. Une série de lampes amplificatrices en basse fréquence produit un courant notable qui traverse les bobines du haut-parleur dont la membrane métallique se mettra à vibrer à raison de 435 allers et venues par seconde, et on entendra un « la ». En rapprochant sa main droite de l’antenne verticale, l’instrumentiste augmentera la fréquence de son circuit et si celle-ci atteint 50,290 oscillations par seconde, le haut-parleur émettra le « si » voisin (490 vibrations par seconde).

Figure 2 – Le corps humain peut remplacer le condensateur variable

 

Les lames métalliques de la figure ci-contre sont remplacées par les deux mains de l’instrumentiste. L’antenne rectiligne permet de faire varier la hauteur des sons, l’antenne annulaire sert à modifier leur intensité.

Figure 3 – Complication du montage précédent

 

Il y a avantage à recourir à l’hétérodyne, c’est à dire aux battements qui se produisent entre un second circuit (dit hétérodyne) et le circuit qui constitue l’instrument proprement dit. Les oscillations résultantes sont amplifiées, comme d’habitude, par des lampes à trois électrodes et reçues dans le haut-parleur.

Figure 4 – Le mystérieux pupitre

 

Cette figure représente les détails du pupitre qu’est le theremin. On y reconnaît les différents appareils indiqués sur les schémas précédents.