Digitálny obvod Theremin - robte hudbu rukami

Názov podľa svojho tvorcu, theremin vznikol v Sovietskom zväze na začiatku 20. rokov. Pozostávalo z kontajnera s niekoľkými anténami. Nemal žiadnu klávesnicu na hranie, žiadne struny ako v gitarách. Theremin skôr využíval kapacitu ľudského tela na manipuláciu s hlasitosťou a výškou tónu a výstupným hudobným signálom. Prevádzkovateľ musel mávať rukami blízko antén, aby vygeneroval zodpovedajúcim spôsobom odlišný hudobný tón!

Prispel Ragini Sharma

Prvé aplikácie

Najvýznamnejšie uplatnenie thereminu bolo v nespočetnej škále nízkorozpočtových hororov. Strašidelné zvuky, ktoré v týchto filmoch zazneli počas mnohých akcií, sa v skutočnosti vytvorili z prístroja theremin.

Rovnako sa používali aj na mnohých koncertoch popovej a rockovej hudby. Aj keď prvý theremin využíval niekoľko antén a rôzne rúry a vyladené obvody, ich nahradenie modernými integrovanými obvodmi robí prácu drasticky jednoduchšou.

Koľko to bude stáť?

V tomto príspevku sa naučíme vývoj priameho thereminu s komponentmi, ktoré môžu mať hodnotu nižšiu ako 5 dolárov. Elektronickým nadšencom, ktorí majú nevyžiadanú schránku plnú komponentov, sa podarí dokončiť prácu za možno nižšie náklady.

Theremin je zostavený bez námahy a aplikovaný aj jednotlivcami bez hudobnej kvalifikácie. Okrem toho môže byť theremin veľmi potešením, najmä pri oslavách Halloweenu!

V tomto obvode sú potrubia a LC obvody skutočne zmenené pomocou niekoľkých lacných a ľahko dostupných integrovaných obvodov, aby sa vytvoril navrhovaný digitálny terapeut.

Pochopenie blokového diagramu

Bloková schéma obvodu je uvedená na nasledujúcom obrázku 1.

Theremin pracuje so sadou dvoch vysokofrekvenčných oscilátorov pre svoje fungovanie. Jeden z týchto oscilátorov funguje s konštantnou frekvenciou, zatiaľ čo druhý je variabilný prostredníctvom kapacity tela operátora.

Frekvencia generovaná z dvoch oscilátorov je kombinovaná prostredníctvom exkluzívneho obvodu nazývaného vyvážený modulátor.

Vyvážený modulátor tlmí počiatočné signály a generuje komplikovaný prenos, ktorý zahŕňa súčet a rozdielové frekvencie v dvoch vstupoch.

Keď jeden konkrétny oscilátor pracuje pri 100 kHz a druhý pri 101 kHz, dostaneme výstup tvoriaci dvojicu frekvencií pri 201 kHz a 1 kHz.

Pretože vyšší rozsah ľudskej schopnosti počuť je obmedzený maximálne na 20 kHz, bude možné vyrovnať iba rozdielovú frekvenciu 1 kHz z dôvodu vplyvu vyváženého modulátora pripojeného pred zvukovým zosilňovačom.

Ako funguje obvod

Schematický obraz nášho digitálneho terapeuta je demonštrovaný na obrázku vyššie.

U1 môže byť hexadecimálny menič CD4069 alebo 74C04, používa sa ako oscilátor s konštantnou frekvenciou fixovaný okolo 100 kHz.

IC U2 obsahuje oscilátor s variabilnou frekvenciou a vyvážený modulátor na dosiahnutie zostávajúcej časti obvodu.

CD4046 je konfigurácia fázovo uzamknutej slučky a bola pôvodne vytvorená pre aplikácie typu multiplikátora kmitočtu. Jeho komponenty však bezchybne spĺňajú naše požiadavky.

R3, R4. a C2 stanovujú strednú frekvenciu zabudovaného oscilátorového čipu. Anténa vytvára paralelnú kapacitu spolu s C2, čo umožňuje, aby sa frekvencia zmenila o mnoho kilohertov, keď sa k anténe priblíži ľudská ruka.

Rezistor riadenia ZERO implementovaný R4 umožňuje, aby bol variabilný oscilátor fixovaný na identickej frekvencii, ktorá sa rovná pevnému oscilátoru.

Ak je rozdielová frekvencia nižšia ako 15 Hz, je to pod spodnou medznou frekvenciou nášho rozsahu sluchu.

Vyladením dvoch oscilátorov na rovnakú frekvenciu zostane Theremin stlmený, kým sa operátor alebo interpret nepohne rukou k anténe.

Frekvencie vytvorené týmito dvoma oscilátormi sú kombinované exkluzívnym hradlom OR v rámci IC 4046.

Táto brána funguje ako digitálny vyvážený modulátor, ktorý vytvára súčtové a rozdielové frekvencie, ako už bolo uvedené. Výstup brány OR je následne AC prepojený cez C3 s ovládacím odporom LEVEL R5 a výstupným konektorom pre rýchlu integráciu s externým zvukovým zosilňovačom. Na napájanie obvodu je možné použiť 9 V batériu PP3.

Dizajn DPS

Je to jednoduchý obvod a je možné ho zostaviť s plošným spojom 2x2-in. Usporiadanie stopy pre dosku plošných spojov spoločnosti Theremin, ako je zobrazené na obrázku nižšie:

Jedným dôležitým aspektom je, že Theremin musí byť namontovaný iba v kovovom puzdre, pretože kov vytvára štít, ktorý výrazne eliminuje možnosť zmeny frekvencie oscilátorov.

Kovové puzdro umožňuje ich kalibráciu oveľa jednoduchšie.

Pre optimálne výsledky musia byť kondenzátory C1 a C2 strieborné sľudové kondenzátory, ideálne s toleranciou ± 5%.

Pretože oba čipy sú CMOS, dôrazne sa odporúča zabudovať zásuvky IC. Okrem toho je rozloženie a montáž dosky nekritická.

Po dokončení projektu musíme pracovať s inštaláciou antény a jej pripevnením k doske.

Pretože je anténa chránená jemným chrómovým povrchom, nie je možné samostatne spájkovať drôt k anténe. Stačí pripojiť malý kúsok drôtu k jednej z podložiek a pripevniť ho k 2-56 skrutkovej a skrutkovej anténe (pozri obrázok 5).

Kalibrácia a testovanie

Po dokončení montáže dôkladne skontrolujte, či Theremin neobsahuje chyby v prepojeniach, slabé spájkované spoje a ďalšie možné problémy. Ak všetko vyzerá perfektne, pripojte Theremin káblom k audio zosilňovaču, pridajte do prístroja batériu a zapnite ho.

Ovládačom LEVEL pomaly a postupne zvyšujte hlasitosť. Ak všetko funguje správne, možno budete počuť vysoké pískanie. Mávanie rukou blízko antény by teraz malo spôsobiť zvýšenie výšky zvuku. Pokúste sa zväčšiť dĺžku antény na jej plnú kapacitu a doladiť ovládací gombík ZERO tak, aby ste identifikovali sladké miesto, kde je mŕtva zóna alebo nulová škvrna, až kým sa vaša ruka samozrejme nedostane k anténe.

Riešenie problémov s obvodom

Ak sa škrípanie nepodarí doraziť na žiadne vyladené miesto, skúste anténu skrátiť o niekoľko centimetrov a skúste to znova.

Po správnom zavedení nastavenia by mal Theremin zostať stlmený, kým operátor nemávne rukami do vzdialenosti niekoľkých centimetrov od antény.

Môžete sa stretnúť s mnohými aspektmi, ktoré ovplyvňujú kapacitu ľudského tela a všetky tieto faktory môžu mať vplyv na úroveň účinnosti Thereminu.

Aspekty, ako je dĺžka antény, vlhkosť vzduchu, veľkosť a kostým operátora a odolnosť podrážky topánky voči zemi, by mohli mať vplyv na zmeny v nastavení ovládacieho prvku ZERO.

Pomocou nejakej praxe by bolo možné ovládač ZERO vhodne nastaviť v priebehu niekoľkých sekúnd.

Nakoniec musí byť Theremin ponúknutý niekoľko minút, aby sa stal stabilným v dôsledku teplotných výkyvov, krátko po prvom zapnutí napájacieho napätia.

Keď je Theremin pod napätím a hneď vynulovaný, pravdepodobne to spôsobí driftovanie a bude vyžadovať opakovanú kalibráciu.

Najefektívnejším riešením by bolo úplne zapnúť napájanie pomocou ovládača ÚROVEŇ a pred kalibráciou ovládača ZERO poskytnúť Theremin asi niekoľko minút na zahriatie.

Záver

Theremin pracuje prirodzene a so špeciálnymi zvukovými efektmi.

Ovládač hlasitosti umožňuje vniesť dynamiku a predstaviť zosilňovače. Takmer každé z pozemných zariadení pre gitaristov alebo syntetizátory môže zmeniť niekoľko prvkov kvality zvuku.

Éterický zvuk Thereminu účinkuje úžasne vďaka vylepšeniam ozveny a oneskorenia.

Bez ohľadu na to, či je Theremin používaný ako generátor špeciálnych efektov pre rockové skupiny alebo kino organizácie, alebo len na obohatenie vašej budúcej oslavy Halloweenu, zistíte, že tento modul gadget vám môže poskytnúť veľa netradičných zvukových efektov pri neuveriteľne skromných nákladoch času alebo peňazí.

Theremin je nielen fascinujúci a poučný, ale aj skvelá zábava!

Zoznam položiek

C1, C2 - 51pF, strieborný sľudový kondenzátor
C3 - 1nF, 25-WVDC elektrolytický kondenzátor
C4 - 220pF, 25-WVDC elektrolytický kondenzátor
R1 - 1 M, 1/4 wattu. 5% odpor
R2, R3 -100k, 1/4-watt, 5% odpor
R4 -10k, lineárny potenciometer
R5 -10k, zvukový potenciometer
R6 - 47-ohm, 1/4-watt, 5% odpor
U1 - IC 4069 alebo IC 74C04 CMOS hexadecimálny invertor / vyrovnávacia pamäť, integrovaný obvod
U2 - IC 4046 fázovo blokovaná slučka, integrovaný obvod

DODATOČNÉ ČASTI A MATERIÁLY
Materiály s potlačou - obvod alebo perfboard, univerzálne náhradné hliníkové puzdro, zásuvky IC, 9-voltový tranzistor - rádiová batéria, 9-voltová - svorka na batériu, drôt, spájka, hardvér, leptacie riešenie (ak je to potrebné) atď.