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En réalité, c'est «seulement» une histoire d'électricité. Regardons cela de plus près.
Ce que nos oreilles perçoivent et que notre cerveau interprète comme des sons, ce sont des ondes sonores, des oscillations invisibles de l'air. Elles sont produites lorsque quelque chose vibre - la corde d'une guitare par exemple. Dans le cas des instruments électroniques, c'est le courant électrique qui fait vibrer un haut-parleur.
Un thérémine est basé, comme d'autres instruments électroniques, sur des oscillateurs électriques: des circuits avec condensateurs et bobines d'induction. Un condensateur est un dispositif qui peut stocker des charges électriques. Il se compose de deux surfaces (par exemple des plaques) pas nécessairement planes qui conduisent l'électricité. Elles sont séparées entre elles par une substance peu ou pas conductrice, le diélectrique (par exemple de l'air). Quand une tension est appliquée dans le circuit, le condensateur se charge: les électrons s'accumulent sur une des deux surfaces et sont piégés de ce côté du diélectrique qui se charge négativement, alors que l'autre surface se charge positivement. S’il n’y a plus de tension appliquée, et que les deux parties du condensateur sont reliées par un fil conducteur (le circuit est fermé), les charges se rééquilibrent et le tout s’arrête.
Si une bobine d’induction est intercalée dans le circuit qui relie les condensateurs, le circuit devient un oscillateur. Les électrons se déplacent d’une plaque de condensateur à l’autre en passant par la bobine d’induction qui ralentit le flux d’électrons et empêche que le flux soit interrompu quand les charges sont équilibrées. Au lieu de cela, le courant continue à circuler mais en sens inverse, jusqu'à ce que le condensateur soit de nouveau chargé (avec des charges de signes opposés). Ce processus se répète continuellement, produisant un courant alternatif qui va et vient à une certaine fréquence, c’est la fréquence d’oscillation.
Cependant, une fréquence unique signifie aussi une seule tonalité – ce n’est clairement pas assez pour faire de la musique. Pour pouvoir produire différents sons il faudrait donc faire varier la fréquence du courant.
Le son change avec la fréquence
Comment fait-on cela? Dans le thérémine, il y a plusieurs oscillateurs dont deux sont à l’extérieur de l’instrument. Le condensateur du circuit électrique qui règle la hauteur du son est composé d’une antenne (une face du condensateur) et la main du musicien constitue l'autre antenne. En faisant varier la distance entre sa main et l'antenne, le joueur influence la capacité du condensateur, c'est-à-dire la quantité de charge qu'il peut porter et ainsi aussi la fréquence du courant alternatif produit.
Puisque nous percevons les fréquences comme des sons, le son change aussi. Selon la distance qui sépare l'antenne de la main, le son a une fréquence plus ou moins élevée, il est donc plus ou moins aigu.