Présentation
Le theremin présenté ici est le premier que j'ai construit. Il est issu d'un des montages listés sur le site Theremin World, auquel j'ai apporté des corrections (erreur de numéro de broche des circuits intégrés). Il est simple à faire et ne requiert que des composants faciles à trouver, mais il est relativement décevant, car quasiment injouable. Bon, il s'agit d'un beau gadget, qui a tout de même ravi mes enfants par les sonorités produites. Peut-être faut-il plus le voir comme un générateur sonore particulier plutôt que comme un véritable instrument de musique...
Schéma
Ce theremin ne comporte que deux circuits intégrés et se présente ainsi.
Premier oscillateur (fréquence fixe)
Comme dans tout theremin, il y a au moins deux oscillateurs : un dont la fréquence doit être fixe (et la plus stable possible), et un autre dont la fréquence est modifiée par l'approche de la main. Ici, le premier oscillateur est construit avec des portes inverseuses comprises dans un boitier de type CD4069, qui en contient six (trois sont inutilisées ici). L'oscillateur à proprement parler est construit autour des deux portes logiques U1:A et U1:B, la porte U1:C ne sert que de "tampon", qui peut être vu comme un "isolateur" entre l'oscillateur même et le reste du circuit auquel il est raccordé. Ce "tampon" évite que ce qui "bouge" après ne puisse perturber le fonctionnement de l'oscillateur, et contribue ainsi à sa stabilité en fréquence. Nous disposons donc au point A (sortie 6 de U1:C), d'un signal dont la fréquence est censée être fixe.
Second oscillateur (fréquence variable)
Le second oscillateur, qui est un VCO (Voltage Controlled Oscillateur, oscillateur contrôlé en tension), fait partie intégrante du second circuit intégré de type CD4046, lequel contient également des comparateurs de phase spécialement conçus pour réaliser une PLL (Phased Lock Loop, boucle à verrouillage de phase). Ici, point l'idée de réaliser une boucle à verrouillage de phase, on se sert simplement des diverses fonctions du CI de façon "autonome". C'est facile à faire et ça coûte moins cher que de refaire ces mêmes fonctions avec des composants discrets. Nous exploitons donc l'oscillateur interne au CD4046 pour produire notre second signal, délivré sur la borne 4 de U2 (point B). Notons au passage que la tension de commande du VCO est fixe et que ce n'est donc pas par ce biais que la fréquence de l'oscillateur va bouger. Au contraire, tout est même fait pour que cette tension de commande ne bouge pas, en la stabilisant au mieux avec la diode zener interne au CD4046 et accessible grâce à la borne 15 du circuit. Par contre, la fréquence de l'oscillateur peut être ajustée grâce à RV1, potentiomètre de réglage du "zéro", qui permet au repos de ne rien entendre.
Variation de la fréquence
Très bien, mais comment la fréquence de cet oscillateur variable peut-elle changer en fonction de la position de la main ? On se base simplement sur une caractéristique d'un oscillateur HF, qui pour osciller nécessite des composants de "faibles valeur", notement au niveau du condensateur qui permet d'entretenir l'oscillation. Ici, le condensateur en question est C3, dont la valeur est de (seulement) 56 pF. Une antenne y est raccordée, et cette antenne, avec la main à proximité, constitue une sorte de "condensateur parasite" dont la valeur est d'autant plus élevée que la main est proche. C'est ce "condensateur parasite" qui vient s'ajouter au condensateur "normal" C3, et qui contribue à la modification de la fréquence d'oscillation. La valeur de ce condensateur parasite reste cependant faible, c'est pourquoi un oscillateur de theremin doit fonctionner à fréquence élevée. S'il fonctionnait à fréquence trop basse, les variations de fréquence seraient faibles et on ne pourrait pas jouer sur une grande étendue de notes (les variations de la capacité parasite seraient faibles en regard de la capacité normale, en terme de pourcentage).
Mélangeur
Le mélange est une des fonctions qu'on ne peut éviter dans un appareil tel que le theremin. Il permet de mixer deux fréquences proches l'une de l'autre afin d'en produire d'autres dont une sera audible car tombant dans le domaine des fréquences basses (entre 20 Hz et 20 KHz). Vous l'avez sans doute deviné, les deux signaux à mélanger sont ceux issus d'une part de l'oscillateur à portes logiques (point A), et d'autre part du VCO intégré dans le CD4046 (point B). La fréquence de chacun de ces oscillateurs est voisine de 100 KHz. Admettons que l'oscillateur fixe délivre au point A, un signal de fréquence 100 KHz, et que le VCO délivre quant à lui un signal de fréquence 95 KHz. En sortie du comparateur de phase N°1 du CD4046 (borne 2 de U2), nous allons retrouver un "mélange" des deux signaux qui auront produit deux nouveaux signaux : un totalement inaudible situé à 195 KHz qui est le résultat de la somme deux signaux mélanfés, et un autre parfaitement audible de 5 KHz qui est le résultat de la différence des deux signaux mélangés.
Remarque : on utilise ici un comparateur de phase pour effectuer le mélange des deux signaux, mais un vrai mélangeur (à diodes) donne de meilleurs résultats, voir Theremin 002.
Sortie audio
Le montage est simple, et aucun filtrage des signaux non audibles n'est assuré en sortie du comparateur de phase de U2. Les signaux fournis ne sont pas très "propres" mais on y entend nettement les signaux audibles, délivrés avec une amplitude assez élevée puisque proche de la tension d'alimentation. Pensez-y avant de monter le bouton de volume de l'ampli... Pour vos essais, vous pouvez connecter un petit HP de 8 ohms en série avec une résistance de 22 ohms sur le connecteur de sortie J1. Le son y sera faible mais suffisant pour faire ses premiers pas avec cet instrument.
Prototype
Réalisé sur une plaque d'expérimentation sans soudure. Vous allez me dire que ce n'est pas bien pour ce genre de montage, mais j'ai fait comme ça.
