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Un instrument de musique électronique : le Thérémin

Le thérémin a été le premier instrument complètement électronique n’ayant besoin d’aucune partie mécanique pour produire des sons. Aujourd’hui, à l’aide d’un petit nombre de composants, vous pouvez construire un thérémin semblable à celui dont Jimmy Page, le fameux guitariste des Led Zeppelin, jouait en 1973 pour la plus grande joie des jeunes gens d’alors (et peut-être encore ceux d’aujourd’hui) dans la chanson “Whole lotta love”.

On peut dire que le thérémin a été le précurseur des
O instruments de musique électroniques et surtout qu’il est pour beaucoup dans la naissance des synthétiseurs modernes, désormais capables de produire des sons de tous les timbres possibles. Le premier nom de cet instrument fut l’éthérophone, c’est-à-dire le son de l’éther; en effet, son timbre est entre le violon et la voix humaine et évoque le son de l’espace. Mais c’est sous le nom modifié de son inventeur que l’instrument s’est fait connaître dans le monde entier, “thérémin”, du nom de Léon Theremin (Lev Termen), physicien russe naturalisé américain (voir l’encadré ci-après).
Cet instrument est constitué de deux antennes montées sur un boîtier contenant tout le circuit électronique. Avec l’antenne verticale de droite (fouet télescopique) on contrôle la hauteur du son et avec celle de gauche (boucle sur circuit imprimé), horizontale, le volume.
Le thérémin est considéré comme le tout premier instrument de musique électronique au monde (ce qui suffirait à justifier notre intérêt et notre proposition dans cet article), mais ce qui le rend véritablement singulier c’est qu’on peut en jouer sans le toucher! Le théréministe, en effet, joue en bougeant savamment ses doigts dans l’air, en approchant et en éloignant subtilement ses doigts des deux antennes, parfois jusqu’à les effleurer pour peaufiner la note.
Vous imaginez bien que cette technique de jeu n’est pas des plus faciles à apprendre et qu’elle requiert une grande maîtrise de tout le corps. C’est pourquoi, à la différence des autres instruments, le thérémin n’a pas connu la large diffusion qu’il méritait.
Malgré cela, depuis sa première apparition, le thérémin continue à exercer sa fascination sur certaines personnes (celles qui le découvrent): des musiciens professionnels ou des amateurs enthousiastes et curieux. Ce sont tous ces gens qui, sans se concerter, continuent de faire la renommée de cet instrument de musique pour le moins insolite.

Figure 1: Le clavier du piano et les notes correspondantes sur la portée avec l’indication de leur fréquence. Les touches et les fréquences en couleur indiquent les différentes hauteurs de la note LA. Avec le thérémin que nous avons conçu, vous pourrez reproduire les fréquences et donc les sons compris entre 20 et 2 000 Hz.
Brève revue discographique
Parmi les plus grands interprètes et virtuoses dans le monde de cet instrument citons bien entendu Clara Rockmore (voir encadré ci-après) et Lydia Kavina.
Ces deux artistes ont étudié sous la direction bienveillante du génial inventeur et ont gravé des morceaux de musique classique adaptés pour le thérémin.
En raison de son timbre si particulier, dans les années 50 le thérémin a été préféré à d’autres instruments pour exécuter la musique de films de science fiction (quand nous parlions d’espace ...) comme “Ultimatum de la terre” ou “Star Trek”. En outre il a été choisi pour la bande originale du film de Hitchcock (un des meilleurs) “SpelIbound” (1945), en français La maison du docteur Edwardes.
Plus récemment (tout est relatif!) les groupes de rock Led Zeppelin et les Beach Boys l’ont utilisé.
Figure 2: Schéma synoptique du thérémin que nous avons conçu. Les mains, par leur capacité parasite, influent sur le champ magnétique qui entoure les antennes. Quand nous agitons la main autour de l’antenne Pitch, nous obtenons des notes plus aigués ou plus graves. Lorsqu’on avoisine la main de l’antenne Volume, on obtient des sons plus ou moins forts.

Figure 3: Schéma électrique du thérémin. L’étage PITCH se compose des moyennes fréquences MFI-MF2, des FET FTI-FT2 et du mélangeur équilibré NE602. Pour l’étage Effets nous avons mis en oeuvre le comparateur de tension LM3II et les potentiomètres R19-R20. La variation du Volume est contrôlée par la moyenne fréquence MF3, par le transistor TR2 et le circuit intégré NE571. Enfin, avec le circuit intégré TDA38IO nous avons obtenu un signal audio pseudo stéréo. Pour l’alimentation vous pouvez utiliser une pile de 9V ou une alimentation externe de 12 V (EN92 par exemple).
Principe de fonctionnement
Le son du thérémin est produit par l’interaction des fréquences engendrées par deux oscillateurs.
Dans les conditions normales ces oscillateurs, qui oscillent à la même fréquence, produisent une fréquence supérieure aux fréquences maximales que l’oreille humaine peut percevoir Si, au moyen d’une capacité nous faisons varier la fréquence d’un seul de ces deux oscillateurs, le mélange des fréquences ainsi produites engendre une troisième fréquence, dite fréquence de battement.
Cette fréquence, égale à la différence des fréquences, est cette fois dans la gamme des fréquences audibles par l’homme et elle peut être amplifiée.
Note: ce principe est celui qu’utilisent les récepteurs superhétérodynes pour lesquels le mélange de deux signaux de fréquences différentes engendre un troisième signal dit de fréquence intermédiaire.
Si on relie une antenne verticale fouet à l’un des deux oscillateurs, on peut contrôler sa fréquence de résonance simplement avec une main (voir Figure 2).
La main, en effet, a une capacité propre qui influe sur le champ électromagnétique entourant l’antenne et elle permet donc de modifier la fréquence de l’oscillation.
Selon la position de la main par rapport à l’antenne, nous obtenons donc des fréquences de hauteur variable comprises entre 20 et 2 000 Hz et même davantage.
Soyons plus précis: plus on approche la main de cette antenne, plus haute est la fréquence de battement et plus aigus sont les sons. Quand on éloigne la main de cette antenne, la fréquence de battement devient plus basse et le son produit plus grave.
Dans le thérémin que nous avons conçu, la gamme de fréquences et donc des sons que l’on peut espérer produire va de 20 a 2 000 Hz environ, ce qui correspond à une extension de cinq octaves autour du LA positionné dans le deuxième interligne de la portée, celui situé sur le DO central et auquel conventionnellement on attribue une fréquence de 440 Hz
(voir figure 1).
Le son
Le son est l’élément constitutif de la musique et il possède quatre attributs:
la hauteur (aigu ou grave), la durée (combien de temps dure le son), le timbre (distinguant le son en fonction de l’instrument utilisé) et le volume avec lequel le son est joué et perçu.
Pour représenter la hauteur on se sert des notes: ces signes graphiques sont transcrits sur la portée (les cinq lignes que vous connaissez, même si vous ignorez le solfège). Selon la disposition des notes sur la portée, il est possible de savoir la hauteur du son représenté.
Pour associer le nom des notes à leur position sur la portée, on se sert des clés; la plus courante et la plus connue est la clé de SOL, c’est-à-dire la clé du violon qui établit la position de la note SOL sur la deuxième ligne.
Pour indiquer la durée d’une note on utilise des figures musicales (voir Tableau ci-dessus). A chacune correspond une valeur: ronde ou entière (valeur 4/4 soit 4 temps sur 4), blanche (vaut la moitié soit 2/4), noire (1/4 de ronde, 1/2 de blanche), croche (1/8 de ronde, 1/2 noire), double croche (1/16 de ronde), triple croche (1/32 de ronde) et quadruple croche (1/64 de ronde).
La durée de chaque fréquence vaut la moitié de la précédente et le double
de la suivante.
Et comme la musique est faite aussi de silence, on a des pauses qui elles aussi ont une valeur de durée (des figures les représentent aussi).
Lallure rythmique du morceau de musique est définie par le temps indiqué sur la portée par une fraction numérique. La portée se divise en mesures délimitées par des barres verticales. Chaque mesure vaut une durée égale à la somme de celles des figures contenues.
somme des valeurs des notes ou silences de la mesure devra faire 4/4.
Dans le thérémin se trouve également un autre étage, fonctionnant sur le même principe que celui précédemment expliqué et qui permet cette fois de modifier l’intensité du son produit, c’est-à-dire le volume, au moyen d’une antenne reliée à un autre oscillateur (voir le schéma synoptique de la figure 2).
Si on éloigne la main de cette antenne, le volume du son émis par le premier étage est atténué jusqu’à disparaître complètement; si on la rapproche, on obtient un son de plus en plus fort.
Si la mesure est 4/4 (4 temps), la

Figure 4: Schéma synoptique interne et brochage vu de dessus du TDA38IO 1C4.
Figure 6: Schémas synoptiques internes et brochages vus de dessus du NE570 et du LM3II; brochages vus de dessous du FET i310 et du NPN BC547.
Figure 7: Photo d’un des prototypes du boîtier plastique protégeant le circuit du thérémin. Pour alimenter le circuit avec une alimentation externe, utilisez la prise située à côté de l’interrupteur de M/A, mais avant assurez-vous que la fiche jack a bien été câblée comme le montre la figure 15.
Figure 5: Schéma synoptique interne et brochage vu de dessus du NE602 ICI.
Le schéma électrique
Pour la description du fonctionnement du thérémin nous nous appuyons sur le schéma électrique de la figure 3.
Pour plus de clarté nous allons procéder par blocs en commençant par l’étage Pitch.
Étage PITCH (hauteur des sons)
Cet étage se compose de deux moyennes fréquences MF1-MF2, des FET FT1-FT2 et du circuit intégré NE602, un mélangeur équilibré.
La moyenne fréquence MF2 constitue
avec le FET FT2 un premier étage
oscillateur qui oscille à une fréquence
fixe d’environ 350 kHz; la moyenne
fréquence MF1 constitue avec le FET
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BIOGRAPHIE de THEREMIN
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Passé à la postérité sous le nom de Léon Theremin, l’inventeur du premier instrument de musique électronique s’appelait en réalité Lev Sergeyevich Termen (1896-1993) et il était russe. En 1918, alors qu’il se livrait à des expérimentations sur des récepteurs radio, notamment sur des amplificateurs et des oscillateurs à lampes (récemment inventées), il s’aperçut qu’en approchant ou en éloignant les mains du circuit on produisait un sifflement de fréquence variable. Cet homme génial, possédant de rares capacités intuitives et imaginatives, intrigué par le phénomène, continua à observer et à étudier avec attention les conditions de sa manifestation; cela le conduisit finalement à concevoir et réaliser un véritable instrument de musique qu’il baptisa dans un premier temps “éthérophone”.
En quelques années il perfectionna son invention et commença à la proposer dans les cercles musicaux (lui-même était un discret violoncelliste); elle suscita un intérêt croissant, puis Lénine en personne, après l’avoir écouté, lui proposa de faire une tournée en Europe, probablement à des fins de propagande en faveur de la récente (elle aussi) Union Soviétique. Termen fit le tour des capitales européennes: Berlin, Londres, Paris ... Dans cette ville il rencontra un tel succès que la police dut intervenir pour faire tenir tranquilles les milliers de personnes restées au dehors de la salle de spectacle.
Mais le tournant décisif de la carrière de Lev eut lieu à NewYork en 1928. Après avoir présenté l’instrument à un cercle choisi de musiciens et de grands noms (comme le chef d’orchestre Toscanini, le compositeur Varese et l’industriel Ford), il commença à travailler activement, fonda une maison, organisa des concerts, perfectionna son éthérophone et en tira des variantes (entre temps l’éthérophone devint le Theremin).
La rencontre avec l’une de ses jeunes compatriotes, Clara Reisemberg, naturalisée sous le nom de Clara Rockmore, laquelle, ne pouvant continuer pour raison de santé son activité de concertiste (c’était une violoniste musicalement très douée dont le premier concert eut lieu à l’âge de sept ans), se consacra à l’apprentissage du thérémin et devint rapidement la virtuose la plus importante et la plus reconnue. Léon concéda à la RCA la licence de construction commerciale du thérémin, mais l’instrument ne connut pas le succès espéré à cause de sa difficulté de jeu et de la dévaluation galopante qui en rendait le coût prohibitif (c’était la fameuse crise de 1929 avec l’effondrement de Wall Street).
Entre temps le génial cerveau de Léon accoucha d’autres inventions: le theremin-cello, une sorte de violoncelle électronique, le rithmycon, un générateur de rythmes, le terpsitone avec lequel un danseur produit une musique en bougeant et divers dispositifs d’alarme qui firent la fortune de sa société, la Teletouch et le rendirent très vite millionnaire.
Au milieu des années trente il se sépara de sa première femme et se remaria avec une ballerine de couleur, ce qui fit scandale dans les cercles auxquels il appartenait. La carrière de l’homme d’affaires américain s’interrompit en 1938, quand il s’évanouit dans la nature et qu’on perdit toute trace de lui. A partir de cette époque sa vie est nimbée de mystère. Et rien n’a d’ailleurs jamais été éclairci: a-t-il été enlevé par le NKVD (le KGB de l’époque) ? Ou bien s’est-il volontairement éloigné de l’Amérique ? En tout cas, revenu dans son pays, il fut interné dans un camp de travail. Il fut réhabilité quelques années après grâce à certaines de ses inventions révolutionnaires précisément dans le domaine de l’espionnage (entre autres, micro espion pour interception à distance). Certains collaborateurs soutiennent que Léon travailla pour les services d’espionnage soviétiques dès les premières années du nouveau régime et qu’il fut envoyé aux USA dans le but de voler des secrets aux puissantes industries de guerre sous la couverture de musicien et d’inventeur (ce qu’il fut en réalité). Vérité historique ou légende? Il ne nous a pas été donné d’en savoir davantage; la seule chose certaine est que, de retour dans sa patrie, il travailla vraiment dans le domaine de l’espionnage.
Quand sa collaboration, forcée ou volontaire, avec les services secrets, fut terminée, en 1966 il commença à travailler à l’université de Moscou où il se consacra à la seule véritable passion de sa vie, le thérémin. Il étudia de nouveaux modèles, parmi lesquels des polyphoniques; cependant on n’en a pas gardé la trace. En 1991, après que le monde occidental l’ait cru mort, il revint aux USA visiter ses amis d’autrefois et sa pupille Clara. Il mourut deux ans après à l’âge de 97 ans.
Encore aujourd’hui, donc, un parfum de mystère auréole cette figure complexe: certains le voient esclave des services secrets soviétiques, d’autres au contraire en font une victime de ces mêmes services. Quoi qu’il en soit il est permis de garder le souvenir d’un homme hors du commun, extraordinairement intelligent, un expérimentateur infatigable, un fantastique inventeur, bref un véritable savant qui sut combiner son savoir scientifique et sa passion pour la musique; il ouvrit la voie aux instruments de musique électroniques, y compris aux synthétiseurs.
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FT1 l’oscillateur de battement dont la fréquence variable va de 350 kHz à 360 kHz environ, main se comporte comme un con- densateur monté en parallèle sur le circuit d’accord (ousyntonie): sa capa- varie et avec elle la fréquence, en du rapprochement ou de l’éloignement de la main par rapport à l’antenne Pitch.
Les fréquences engendrées par les deux oscillateurs sont mélangées par ICi, un NE602 permettant d’avoir sur la broche de sortie 4 un signal dont la fréquence est donnée par la somme des deux fréquences et un signal donné par la différence des deuxfréquences. Bref, unbattementcomprisentre0etl0 kHz se produit (donc à l’intérieur de ce que l’oreille humaine peut percevoir), La sortie BF est filtrée par un filtre passe-bas formé par le transistor TRi pour éliminer le signal somme de haute fréquence (c’est-à-dire supé La rieure à 20 KHz). Ainsi on dispose d’un signal sinu cité soïdal qu’on applique à l’étage sui fonction vant formé par le circuit intégré 1C3 NE571, un amplificateur contrôlé en tension.

Publié dans Electronique-Magazine N°_95_Juin_2007

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3 Commentaires

  1. L'Otamatone est un instrument de musique très particulier ! Electronique et en forme de note de musique, vous y jouez uniquement avec le frottement de votre ...

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  2. La Crystall Ball est une boule lumineuse, accompagnée d'un clavier. Cet instrument musical permet aux artistes de musique électro

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  3. Il existe de nombreuses façons de faire de la musique électro de nos jours, y compris l'étrange instrument multi-pad réalisé par l'entrepreneur ...

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