L`intouchable thérémine, une mine de science

L’intouchable thérémine,
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Sommaire
Introduction………………………………………………………………………………………………………………………………….. p. 3
1. Présentation générale de l’instrument………………………..………………………………………………………….. p. 4
2. Utilité et fonctionnement du condensateur………………………………………………………………………….. p. 5
a) Fonctionnement général……………………………………………………………………………………….…... p. 5
b) Condensateur formé par l’antenne et la main………………………………………………………….… p. 6
3. L’oscillateur…………………………………………………………………………………………………………………………….. p. 8
a) Analogie du vase de Tantale…………………………………………………………………………….………….p. 8
b) Comparateur à hystérésis …………………………………………………………………………………….….. p. 9
c) Intégrateur……………………………………………………………………………………………………………….. p. 11
d) Multivibrateur astable……………………………………………………………………………………………… p. 12
4. La multiplication de deux signaux…………………………………………………………………………………………. p. 14
5. Réglage du thérémine…………………………………………………………………………………………………………… p. 15
a) Principe du réglage…………………………………………………………………………………..………………. p. 15
b) Cage de Faraday……………………………………………………………………………………………………….. p. 15
c) Principe de fonctionnement du filtre passe-bas……………………………………………………..… p. 17
d) Comment la distance main-plaque fait-elle varier la fréquence ?................................ p. 18
Conclusion…………………………………………………………………………………………………………………………………… p. 19
Bibliographie et remerciements………………………………………………………………………………………………….. p. 20
Annexes : Amplificateurs Opérationnels et calcul de la fréquence d’oscillation…………………………….p. 21

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Introduction
L’année dernière, dans le cadre des Travaux Personnels Encadrés, nous avions étudié la
relation entre la musique de film et les émotions que le spectateur ressentait. Nous avons listés de
nombreux paramètres qui pouvaient faire varier ces émotions, comme la rythmique, la mélodie ou le
timbre des instruments utilisés qui constituent un style musical. Ainsi, en variant ces paramètres,
nous avons montré qu’il était possible de faire ressentir au spectateur des sentiments allant de la
tristesse à la joie, en passant par l’angoisse.
Pendant notre période de recherche, nous avons étudié de nombreuses ambiances
cinématographiques et nous avons découvert un timbre particulier qui nous a tout de suite fait
penser à des scènes de science-fiction ou extraterrestres. En cherchant plus de renseignements, nous
avons trouvé que cet instrument qui produisait aussi bien des mélodies au timbre similaire à la voix
humaine que des effets sonores amusants s’appelait le thérémine. Il s’agit d’un des premiers
instruments électroniques, inventé en 1919 par l’ingénieur russe Léon Thérémine. Cet instrument de
musique se joue sans contact avec l’instrument qui n’offre aucun repère au musicien : il joue donc
entièrement à l’oreille.
Nous nous sommes alors intéressés à la manière dont fonctionne cet instrument, et plus
précisément comment fonctionne la partie tonalité de l’instrument. Comment la position de la main
du musicien peut-elle faire varier la hauteur du son ? Avec l’informatique actuelle, cela est plutôt
facile à mettre en œuvre, mais Léon Thérémine a construit son instrument avec des circuits
électriques.

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1. Présentation générale de l’instrument
Le thérémine est un des premiers instruments électronique du XX
e
siècle. Le premier
thérémine date des années 1920 et fonctionnait à l’aide d’oscillateurs à tube à vide. Aujourd’hui, le
thérémine fonctionne grâce à des composants électroniques tels que les oscillateurs.
A l’origine dénommé « Ætherophone », le thérémine possédait
originellement deux octaves et demi et fonctionnait à l’aide d’oscillateurs à
tube électronique. En 1929, le « RCA theremin » fut le premier thérémine
commercialisé. Cet instrument a ensuite traversé les époques en ne se
limitant pas simplement aux bruitages de film, mais également aux mélodies
de bandes-originales de science-fiction des années 1960 et 1970 ou encore,
en faisant apparition dans la musique populaire. On retient aujourd’hui son
utilisation dans la bande-originale de « Le Jour où la Terre s’arrêta » de
Robert Wise ou encore dans certains titres du groupe Led Zeppelin.
Aujourd’hui cet instrument peu connu du grand public n’en est pas moins
délaissé, pratiqué seulement par quelques théréministes marginaux, il reste
cependant très utilisé pour les bruitages, les nappes harmoniques ou encore
les mélodies de certaines bandes-originales ou musiques plus populaires.
Un thérémine actuel se compose de nombreux composants électroniques, comme des
condensateurs, des résistances et surtout des circuits intégrés : amplificateurs opérationnels,
oscillateurs, le multiplieur... Nous allons étudier ces différents composants du thérémine.
Le thérémine que nous étudions comporte deux oscillateurs, comprenons le fonctionnement
de ces circuits électriques.

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2. Utilité et fonctionnement du condensateur
a) Fonctionnement général
Dans un oscillateur, on trouve un condensateur. Un condensateur est un composant
électronique constitué de deux lames métalliques appelées armatures placées à faible distance mais
sans contact. Lorsqu’on relie un condensateur à une pile, il se charge et une tension égale à celle de
la batterie s’établit entre les armatures et est maintenue, même si on déconnecte la pile.
La capacité électrique est la propriété que le condensateur possède à emmagasiner une charge
(quantité d’électricité) et à la conserver. Elle s’exprime en Farad :
Où C est la capacité en farads, Q est la charge en coulombs et U est la tension en volts.
Plus la surface des armatures est grande, plus la capacité est grande. Le matériau isolant qui
sépare les deux armatures est appelé diélectrique. Il peut s’agir d’air, de mica, de papier imprégné
d’huile ou de paraffine, de plastique… Chacun de ces matériaux a un facteur d’augmentation de la
capacité, donc une constante diélectrique relative différente. Par exemple, l’air a comme constante
diélectrique 1, le papier imprégné de paraffine entre 3 et 4, la céramique 5,5 et le mica 7.
Où C est la capacité en farads (F), S est la surface des plaques en mètres carrés (m
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), d est la
distance entre les deux plaques en mètres (m) et ε
r
est la constante diélectrique relative
correspondant au matériau séparant les deux plaques.
On constate bien avec cette formule que plus la surface des armatures est grande est la
distance entre-elles est petite, plus la capacité du condensateur est grande. Les condensateurs
entrent dans le fonctionnement des oscillateurs. La fréquence à laquelle oscille le circuit dépend,
entre autres, de la capacité du condensateur.
U
Diélectrique
Armatur
e A
Charge q
A
Charge q
B
Armature B