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L’instrumentiste utilise sa main droite pour contrôler la hauteur de la note. Il dispose de deux dispositifs pour cela. Soit en jouant des notes au clavier, qui permet d’effectuer un vibrato de faible amplitude sur chaque touche du clavier par un mouvement oscillant latéral ; le clavier étant mobile transversalement. Soit en déplaçant un anneau enfilé sur son majeur droit le long d’un ruban résistif tendu devant le clavier (qui sert de repère pour la hauteur du son). Il a encore la possibilité, par une commande à la main gauche, de transformer les demi-tons d’une octave du clavier en micro-intervalles d’un douzième de ton (au lieu d’un douzième d’octave c’est-à-dire un demi-ton).
La main gauche sert à l’expressivité et au choix des timbres. Une touche principale à enfoncement progressif donne la nuance, du pianissimo le plus faible au fortissimo maximal autorisé par l’amplificateur. Les possibilités sont multiples et créent des effets variés : un enfoncement progressif de cette touche donne un son sans attaque, comme à l’orgue ; un enfoncement brutal crée une attaque percutante ; une pression alternée provoque un vibrato d’amplitude, des tapotements secs sur cette même touche donnent lieu à du staccato. Les deux pédales permettent également de faire des nuances, comme sur un piano.
D’autres clés actionnables de la main gauche permettent en plus de sélectionner les timbres (80 combinaisons différentes sont possibles). Le timbre de base obtenu du générateur hétérodyne est un son pur (sinusoïdal, pouvant s’apparenter à celui d’une flûte), ce son planant si caractéristique des ondes Martenot. Mais l’interprète a tout loisir de modifier le timbre de ce son pur en provoquant sa distorsion par des jeux de filtres (on peut aller jusqu’à simuler un bruit de moteur thermique ou de marteau-piqueur).