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3 - Le home-studio, les instruments et le DIY

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DIY: Theremin à tubes

Dominique utilisateur non connecté Suisse
Il y a quelques mois, je me suis lancé dans la réalisation d'un theremin. Un theremin est un des premiers instruments électroniques, son invention date de l'entre deux guerres. Il comprend 3 oscillateurs et 2 antennes, un oscillateur commande le volume, les deux autres donnent le son. Le résultat est un instrument qui se joue en variant la distance des mains par rapport à ses deux antennes.

Les oscillateurs sont de type LC, les antennes sont branchées chacune sur un oscillateur, elles permettent de faire varier le C du LC, ce qui fait varier la fréquence de deux oscillateurs.

Pour le volume, un simple filtre moyenne fréquence désaccordé permet de transformer cette variation de fréquence en variation d'amplitude du signal de l'oscillateur, ce qui après redressement donne une tension continue d'amplitude variable qui est à son tour utilisée pour commander le gain d'un VCA (Volatge Controlled Amplifier - Ampli commandé par une tension).

Pour le son, il y a deux oscillateurs, un à fréquence fixe et l'autre dont la fréquence est commandée par la distance entre une main et son antenne, comme pour le volume. Ces deux fréquences sont mixées. Comme il s'agit de deux hautes fréquences (situées vers 700-800 kHz dans la bande d'onde moyenne des vieilles radios), le résultat du mixage est un signal composé de la somme et de la différence des deux fréquences. La somme est facile à éliminer avec un simple RC pour ne conservé que la différence. Et c'est là que c'est un instrument génial car quand les deux oscillateurs sont à la même fréquence, le signal résultant est d'une fréquence de zéro Hz. C'est la plus basse fréquence qu'un theremin peut sortir, et à partir de là un simple mouvement de la main fait glisser cette fréquence vers les aigus. Ce signal est envoyé à l'entrée du VCA pour être amplifié.

J'ai aussi mis une entrée instrument (jack 6,3 avec commutateur), comme ça je peux brancher des guitares ou autres à l'entrée du VCA. à la sortie du VCA, on retrouve un ampli de guitare très classique qui utilise une EL84. Cela donne un ampli de la même puissance qu'un Fender Champ. En fait c'est mon meilleur ampli quand j'écoute les sons qu'il sort.

Pour ce développement, je suis parti d'une vieille radio à tubes philips suédoise. Il y a à peu près toutes les pièces nécessaire pour faire un theremin dans une telle radio. Mon stock de pièces rares récupérées au fil des ans a complété les pièces manquantes. J'ai commencé par démonter complètement la radio et je l'ai remontée étage par étage, en commençant par l'ampli. Le transfo de sortie d'origine de la radio est d'excellent qualité, 2 fois plus gros que celui d'un Fender Champ pour la même puissance, ce qui explique en grande partie le fait que cet ampli est le meilleur de ceux que je possède.

Je me suis une contrainte supplémentaire: le boitier de la radio est volumineux et je ne voulais pas l'avoir entre les jambes pendant que je joue. La solution est d'avoir des antennes séparées de leurs oscillateurs par des cables d'antenne. Mon theremin est à ma connaissance le seul de la planète à avoir des antennes séparées. Cela a fait que j'ai du pas mal me documenter d'abord sur les theremins existants, ensuite sur les oscillateurs, car tous les types d'oscillateurs LC ne permettent pas d'obtenir un montage stable en branchant leurs circuits oscillants, c'est-à-dire leur référence en fréquence, à l'autre bout de cables d'antennes. Seuls les montages Clapp et Franklin permettent de le faire, le Franklin est supérieur, mais plus complexe et délicat à mettre en oeuvre. De plus, ces oscillateurs n'ont pas besoin d'une stabilité supérieure à celle d'oscillateurs à quartz, donc le montage Clapp fait l'affaire à merveille dans ce cas.

Les tubes utilisés sont une ECC85 pour l'oscillateur de volume, 2 EBF89 montées en triode pour les oscillateurs du son, le mixer est passif, une EABC80 pour le redressement du signal de volume et une branche du VCA (commande et sortie), complétée par une des triodes d'une ECC82 (entrée audio du VCA). Il y a encore une EL84 pour l'étage de sortie, la deuxième triode de l'ECC85 comme étage de préampli entre le mixer et le VCA, une EZ80 pour le redresseur de l'alimentation.

Il y a aussi une entrée et une sortie son pour brancher des boites d'effets, une sorte de Send et Return, ainsi qu'une sortie son pour le brancher sur une sono. Attention les basses sur une sono, car il descend tellement dans les basses qu'il y a de quoi transformer en ventilateurs même les sonos utilisées au parc des Princes.

J'ai mis la doc sur github avec quelques photos. Il y a aussi les fichiers gschem (la schématique de gEDA).

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Son site dédié: Le Black Star theremin
Son nom, le Black Star, vient d'un super border collie qui partage nos vies.

P.S.: Il ne s'agit pas d'un kit facile à monter. Je veux bien répondre à certaines questions, mais je n'ai juste pas le temps de donner un cours de radio-électricité. En fait, je n'ai même pas encore réussi à trouver le temps pour lui ajouter une reverb ainsi que des sorties CV et VCO pour pouvoir commander avec des synthés et autres bidules MIDI.

P.S.2: à jouer, c'est un instrument vachement space car il est en même temps absolument instinctif et presque impossible à jouer, le seul repère mélodique étant le son lui-même. Pour le moment, j'en suis encore à un stade assez expérimental.

hhub54 utilisateur non connecté France
Félicitations, du beau travail ! !
Attention à ceux qui voudraient s'y mettre, le courant des circuits à lampes, c'est beaucoup plus dangereux que celui des transistors, et parfois les circuits conservent pas mal de potentiel même après extinction. C'est du moins un des avertissements que j'ai pu lire sur les sites des marchands d'amplis à lampes en kit.
Cela ne m'étonne pas que ce soit ton meilleur ampli, la qualité de ces anciens postes était phénoménale !

Dominique utilisateur non connecté Suisse
à l'époque philips avait des usines dans tous les pays européens sauf la Suisse. La Suède était connue pour avoir une production assez haut de gamme. La radio qui m'a servi de base vient de Suède et c'était un bon modèle, pas une des meilleures mais presque. Il y avait plein de composants de qualité dedans.

Aujourd'hui, les transfos Lundhall de Suède sont les meilleurs transfos industriels pour des amplis à tube, des bons matériaux et une réalisation artisanale soignée.

Une chose possible serait, à partir de ce theremin, de refaire le développement avec les pièces disponibles sur le marché d'aujourd'hui. Cela peut permettre de l'améliorer mais poserait un problème de prix de revient car les tubes, c'est cher, et des condos capables de supporter en même temps les tensions des tubes (C'est la tension qui est plus élevée avec les tubes, pas le courant.), des hautes-fréquences et d'avoir des pertes suffisamment faibles pour fonctionner correctement dans des oscillateurs HF à tube ne courent pas les rues. Il y a aussi un très gros condo variable (qui venait d'un appareil médical), des condos ajustables à coefficient négatifs de température (qui venait de la radio) et des condos au mica ajustables (qui venait d'un oscilloscope), sans compter les condos fixes céramique et mica. J'ai presque liquidé mon stock de ce genre de pièces, qui toutes sont aujourd'hui des pièces rares et chères.

Sylv_01 utilisateur non connecté
C'est génial, j'adore ce boulot de passionné !
Ce qui serait cool, c'est d'avoir un petit aperçu (auditif...) des sons qui sont émis par cet engin...

Dominique utilisateur non connecté Suisse
Il y a quelques fichiers sons sur github

Il y a aussi 2 vidéos réalisées avec ngspice et mencoder. Ce sont des simulations des oscillateurs. Pour le moment, je garde les vidéos plus longues (J'en ait même une de plus d'une heure, le portable avait ramé pendant presque 3 jours pour la faire.) pour les utiliser come fonds psychés lors de mes prochaines performances avec cet instrument.

olinuxx utilisateur non connecté France
Chouette ! Bravo !

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