Cyfrowy obwód Theremin - twórz muzykę własnymi rękami

Nazwany na cześć jego twórcy, the theremin powstała w Związku Radzieckim na początku lat dwudziestych XX wieku. Składał się z kontenera zainstalowanego z kilkoma antenami. Nie miał ani klawiatury do gry, ani strun jak w gitarach. Raczej theremin wykorzystywał pojemność ludzkiego ciała do manipulowania głośnością i wysokością oraz wyjściowym sygnałem muzycznym. Operator musiał tylko machać rękami blisko anten, aby wygenerować odpowiednio zmienny ton muzyczny!

Nadesłane przez Ragini Sharma

Wczesne aplikacje

Najbardziej znaczącym zastosowaniem theremina jest niezliczona liczba niskobudżetowych horrorów. Straszne odgłosy stroolingu słyszane w tych filmach podczas wielu działań zostały w rzeczywistości stworzone z urządzenia theremin.

Podobnie, były również używane na wielu koncertach muzyki pop i rock. Chociaż pierwszy theremin korzystał z kilku anten oraz różnych rurek i układów strojonych, zastąpienie ich nowoczesnymi układami scalonymi znacznie upraszcza pracę.

Ile to będzie kosztować?

W tym poście nauczymy się tworzenia prostego theremin z komponentami, które mogą być warte mniej niż 5 USD. Entuzjaści elektroniki, którzy mają skrzynkę śmieciową pełną komponentów, mogą wykonać zadanie za prawdopodobnie niższym kosztem.

Theremin jest bez wysiłku składany i stosowany, nawet przez osoby bez muzycznych kwalifikacji. Co więcej, theremin może być niezłą zabawą, szczególnie podczas obchodów Halloween!

W tym obwodzie rury i obwody LC są faktycznie zmieniane za pomocą kilku niedrogich i łatwo dostępnych układów scalonych, aby wygenerować proponowany cyfrowy Theremin.

Zrozumienie diagramu blokowego

Schemat blokowy obwodu można znaleźć na poniższym rysunku na rys.1.

Theremin współpracuje z zestawem dwóch oscylatorów wysokiej częstotliwości do działania. Jeden z tych oscylatorów działa ze stałą częstotliwością, podczas gdy drugi jest zmienny w zależności od pojemności ciała operatora.

Częstotliwości generowane przez dwa oscylatory są łączone poprzez ekskluzywny obwód zwany zrównoważonym modulatorem.

Symetryczny modulator tłumi sygnały początkowe i generuje skomplikowaną transmisję, która obejmuje sumę i różnicę częstotliwości na dwóch wejściach.

Gdy jeden konkretny oscylator pracuje z częstotliwością 100 kHz, a drugi z częstotliwością 101 kHz, otrzymamy sygnał wyjściowy stanowiący parę częstotliwości przy 201 kHz i 1 kHz.

Ponieważ wyższy zakres ludzkiej zdolności słyszenia jest ograniczony maksymalnie do 20 kHz lub więcej, tylko częstotliwość różnicowa 1 kHz będzie słyszalna ze względu na wpływ zbalansowanego modulatora podłączonego przed wzmacniaczem audio.

Jak działa obwód

Schematyczny obraz naszego Digital Theremin jest pokazany na powyższym rysunku.

U1 może być falownikiem hex CD4069 lub 74C04, jest używany jako oscylator o stałej częstotliwości ustalony na około 100 kHz.

Układ scalony U2 ​​zawiera oscylator o zmiennej częstotliwości i symetryczny modulator do realizacji pozostałej części obwodu.

CD4046 jest konfiguracją z zamkniętą fazą i został pierwotnie stworzony do zastosowań typu multiplikator częstotliwości. Jednak jego komponenty bezbłędnie spełniają nasze wymagania.

R3, R4. a C2 ustalają środkową częstotliwość wbudowanego układu oscylatora. Antena tworzy równoległą pojemność razem z C2, która umożliwia zmianę częstotliwości o wiele kiloherców, gdy ludzka ręka zbliży się do anteny.

Rezystor sterujący ZERO zaimplementowany przez R4 umożliwia ustawienie oscylatora zmiennego na identycznej częstotliwości, równej oscylatorowi stałemu.

Jeśli różnica częstotliwości jest poniżej 15 Hz, to jest poniżej dolnego progu częstotliwości naszego zakresu słyszalności.

Poprzez dostrojenie dwóch oscylatorów do identycznej częstotliwości, Theremin pozostaje wyciszony, dopóki operator lub wykonawca nie zbliżą ręki do anteny.

Częstotliwości tworzone przez dwa oscylatory są łączone przez ekskluzywną bramkę OR w IC 4046.

Ta bramka działa jak cyfrowy modulator zbalansowany, który tworzy sumę i różnicę częstotliwości, jak omówiono wcześniej. Wyjście bramki OR jest następnie sprzężone prądem przemiennym przez C3 z rezystorem sterującym LEVEL R5 i gniazdem wyjściowym w celu szybkiej integracji z zewnętrznym wzmacniaczem audio. Do zasilania obwodu można użyć baterii 9 V PP3.

Projekty PCB

Jest to prosty obwód i można go zmontować z płytką PCB 2x2-in. Układ ścieżek dla płytki drukowanej Theremin, jak pokazano na poniższym rysunku:

Jednym z ważnych aspektów jest to, że Theremin musi być zamontowany tylko w metalowej obudowie, ponieważ metal tworzy ekran, który znacznie eliminuje możliwość zmiany częstotliwości oscylatorów.

Posiadanie metalowej obudowy umożliwia znacznie prostszą kalibrację theremin.

C1 i C2 muszą być kondensatorami ze srebra mikowego, aby uzyskać optymalne wyniki, najlepiej z tolerancją ± 5%.

Ponieważ oba chipy są CMOS, wysoce zalecane jest włączenie gniazd IC. Poza tym układ i montaż płytki są bezkrytyczne.

Po zakończeniu projektu musimy zająć się montażem anteny i przymocowaniem jej do tablicy.

Ponieważ antena jest chroniona cienką powłoką chromu, nie jest możliwe samodzielne skuteczne przylutowanie przewodu do anteny. Wystarczy podłączyć mały kawałek drutu do jednej z podkładek i przymocować go do śruby maszynowej 2-56 anteny śrubowej (patrz Rysunek 5).

Kalibracja i testowanie

Po zakończeniu montażu należy dokładnie sprawdzić Theremin pod kątem uszkodzeń połączeń, słabych połączeń lutowanych i innych możliwych problemów. Jeśli wszystko wygląda idealnie, podłącz Theremina przewodem do wzmacniacza audio, dodaj baterię do urządzenia i włącz je.

Powoli i stopniowo zwiększaj głośność za pomocą regulatora LEVEL. Jeśli wszystko działa poprawnie, możesz nieźle słyszeć pisk o wysokim tonie. Teraz machanie ręką blisko anteny powinno spowodować zwiększenie wysokości dźwięku. Spróbuj zwiększyć długość anteny do pełnej pojemności i dostrój pokrętło ZERO, aby zidentyfikować słodki punkt, w którym zauważona jest martwa strefa lub punkt zerowy, dopóki oczywiście nie zbliżysz ręki do anteny.

Rozwiązywanie problemów z obwodem

Jeśli pisk nie dotrze do żadnego dostrojonego miejsca, spróbuj skrócić antenę o kilka cali i spróbuj ponownie.

Po dokładnym zaimplementowaniu ustawień, Theremin powinien być wyciszony, dopóki operator nie machnie rękami w odległości kilku cali od anteny.

Możesz napotkać wiele aspektów wpływających na pojemność ludzkiego ciała, a wszystkie one mogą wpływać na poziom wydajności Theremin.

Aspekty takie jak długość anteny, wilgotność powietrza, rozmiar i kostium operatora oraz odporność podeszwy buta na uziemienie mogą mieć wpływ na zmianę regulacji ZERO.

Dzięki pewnej praktyce sterowanie ZERO można było odpowiednio ustawić w ciągu kilku sekund.

Wreszcie, Theremin musi mieć kilka minut, aby stał się stabilny z powodu zmian temperatury, wkrótce po pierwszym włączeniu napięcia zasilania.

Gdy Teremin jest zasilany i natychmiast wyzerowany, prawdopodobnie spowoduje to dryft strojenia i wymaganie wielokrotnej ponownej kalibracji.

Najskuteczniejszym środkiem zaradczym byłoby całkowite wyłączenie zasilania za pomocą kontrolki LEVEL i pozostawienie Theremin kilku minut na rozgrzanie się przed skalibrowaniem kontrolki ZERO.

Wniosek

Theremin działa naturalnie i ze specjalnymi efektami dźwiękowymi.

Pedał głośności umożliwia wprowadzanie dynamiki i wprowadzanie wyciszeń, a prawie każde urządzenie naziemne dla gitarzystów lub syntezatorów może zmienić kilka elementów jakości dźwięku.

Eteryczny dźwięk Theremin działa wspaniale dzięki wzmocnieniom echa i opóźnienia.

Niezależnie od tego, czy Theremin jest używany jako generator efektów specjalnych dla grup rockowych lub organizacji kinowych, czy po prostu do wzbogacenia przyszłych obchodów Halloween, odkryjesz, że ten gadżet może zapewnić wiele niekonwencjonalnych efektów dźwiękowych przy niewiarygodnie skromnym wydatku. czasu lub pieniędzy.

Theremin jest nie tylko fascynujący i pouczający, ale w rzeczywistości jest świetną zabawą!

Lista części

C1, C2 - 51pF, srebrny kondensator mikowy
Kondensator elektrolityczny C3 - 1nF, 25 WVDC
Kondensator elektrolityczny C4 - 220pF, 25 WVDC
R1 - 1 M, 1/4 wata. 5% rezystor
R2, R3 -100 k, 1/4 W, rezystor 5%
R4 -10k, potencjometr liniowy
R5 -10k, potencjometr audio
R6 - 47 omów, 1/4 wata, 5% rezystor
U1 - IC 4069 lub IC 74C04 CMOS hex inwerter / bufor, układ scalony
U2 - pętla fazowa IC 4046, układ scalony

DODATKOWE CZĘŚCI I MATERIAŁY
Materiały drukowane - obwody drukowane lub płytki drukowane, aluminiowa obudowa anteny zastępczej ogólnego przeznaczenia, gniazda IC, tranzystor 9-woltowy-bateria radiowa, zacisk akumulatora 9-woltowego, drut, lut, sprzęt, roztwór do trawienia (w razie potrzeby) itp.