Digital Theremin Circuit - Skapa musik med händerna

Uppkallad efter dess skapare, theremin ursprung i Sovjetunionen i början av 1920-talet. Den består av en container installerad med ett par antenner. Det hade inget tangentbord att spela, inga strängar som i gitarrer. Snarare använde theremin människokroppskapacitans för att manipulera volymen och tonhöjden och den utgående musikalsignalen. Operatören var bara tvungen att vifta med armarna nära antennerna för att generera en motsvarande varierande musikalisk ton!

Bidrag av Ragini Sharma

Tidiga applikationer

Den mest betydelsefulla tillämpningen av theremin har varit i ett otalat antal skräckfilmer med låg budget. De spöklika trolljud som hördes i dessa filmer under många handlingar skapades faktiskt från en theremin-enhet.

På samma sätt har de också använts i många pop- och rockmusikkonserter. Även om den första theremin använde sig av ett par antenner och en mängd olika rör och avstämda kretsar, blir det mycket enklare att ersätta dem med moderna integrerade kretsar.

Hur mycket kostar det?

I det här inlägget lär vi oss utvecklingen av en enkel theremin med komponenter som kan vara värda mindre än $ 5. Elektroniska entusiaster som har en skräplåda full av komponenter kan lyckas få jobbet gjort till möjligen en lägre kostnad.

Theremin sätts enkelt ihop och appliceras, även av individer utan musikaliska kvalifikationer. Dessutom kan theremin vara mycket njutning, särskilt vid Halloween-firandet!

I denna krets ändras faktiskt rören och LC-kretsarna med ett par billiga och lättillgängliga IC: er för att generera den föreslagna Digital Theremin.

Förstå blockdiagrammet

Ett blockschema över kretsen finns i följande i fig. 1.

Theremin arbetar med en uppsättning av två högfrekventa oscillatorer för att fungera. En av dessa oscillatorfunktioner med en konstant frekvens, medan den andra är variabel genom operatörens kroppskapacitans.

Frekvensen som genereras från de två oscillatorerna kombineras genom en exklusiv krets som kallas balanserad modulator.

Den balanserade modulatorn dämpar de initiala signalerna och genererar en komplicerad sändning som inkluderar summan och skillnadsfrekvensen i de två ingångarna.

När en viss oscillator utför vid 100 kHz och den andra vid 101 kHz får vi en utgång som utgör ett par frekvenser vid 201 kHz och 1 kHz.

Eftersom det högre utbudet av mänsklig förmåga att höra är begränsat till högst 20 kHz, är bara skillnaden på 1 kHz skillnadsfrekvensen kapabel på grund av påverkan av den balanserade modulator som är ansluten före en ljudförstärkare.

Hur kretsen fungerar

Den schematiska bilden för vår Digital Theremin visas i figuren ovan.

U1 kan vara antingen en CD4069- eller 74C04-hex-inverter, den används som en konstantfrekvensoscillator fixerad runt 100 kHz.

IC U2 innefattar oscillatorn med variabel frekvens och en balanserad modulator för att åstadkomma den återstående delen av kretsen.

CD4046 är en faslåst loopkonfiguration och skapades ursprungligen för applikationer av frekvensmultiplikatortyp. Emellertid uppfyller dess komponenter våra krav felfritt.

R3, R4. och C2 fastställer mittfrekvensen för det inbyggda oscillatorchipet. Antennen skapar en parallell kapacitans tillsammans med C2, som gör att frekvensen kan ändras många kilohertz när en mänsklig hand närmar sig antennen.

ZERO-styrresitorn implementerad av R4 gör det möjligt för den variabla oscillatorn att fixeras med samma frekvens som den fasta oscillatorn.

Om skillnadsfrekvensen är under 15 Hz ligger den under det lägre frekvenströskeln för vårt hörselområde.

Genom att justera de två oscillatorerna för samma frekvens, förblir Theremin tyst tills operatören eller artisten flyttar sin hand nära antennen.

Frekvenserna som skapas av de två oscillatorerna kombineras av en exklusiv ELLER-grind i IC 4046.

Denna grind fungerar som en digital balanserad modulator, som skapar summan och skillnadsfrekvenser som diskuterats tidigare. ELLER-grindutgången är därefter AC-kopplad genom C3 med LEVEL-styrmotstånd R5 och ett utgångsuttag för en snabb integration med en extern ljudförstärkare. Ett 9 V PP3-batteri kan användas för att driva kretsen.

PCB-mönster

Det är en enkel krets och kan monteras med en 2x2-in PCB. En spårlayout för kretskortet för Theremin som visas i figuren nedan:

En viktig aspekt är att Theremin endast måste monteras i ett metallfodral, eftersom metallen bildar en skärm som i hög grad eliminerar potentialen för oscillatorerna att förändras i frekvens.

Att ha metallhöljet gör det möjligt att kalibrera theremin mycket enklare.

C1 och C2 behöver båda vara silverglimmerkondensatorer för optimala resultat, helst med en tolerans på ± 5 procent.

Eftersom båda chipsen är CMOS rekommenderas det starkt att använda IC-uttag. Bortsett från det är styrelsens layout och montering okritisk.

När projektet är klart måste vi arbeta med att installera antennen och fästa den på kortet.

Eftersom antennen är skyddad med en fin krombeläggning är det inte möjligt att lödda en tråd effektivt på antennen på egen hand. Anslut bara en liten bit tråd till en av brickorna och fäst den på en 2-56 maskinskruv och bultantenn (se figur 5).

Kalibrering och testning

När monteringen är klar, kontrollera Theremin noga för defekter i sammankopplingarna, svaga lödfogar och andra möjliga problem. Om allt ser perfekt ut, anslut Theremin med en sladd upp till en ljudförstärkare, lägg till ett batteri i enheten och slå på den.

Öka långsamt och gradvis volymen med LEVEL-kontrollen. Om allt fungerar korrekt kan du vara suceessful när du hör ett högt skrik. Om du nu vinkar handen nära antennen bör ljudets tonhöjd öka. Försök att öka antennlängden till sin fulla kapacitet och finjustera ZERO-kontrollreglaget för att identifiera en söt plats där en dödzon eller nollpunkt upptäcks tills naturligtvis din hand kommer nära antennen.

Felsökning av kretsen

Om skvalet inte kommer fram till någon avstämd plats, försök att göra antennen kortare med några centimeter och prova igen.

När installationen har genomförts korrekt bör Theremin vara avstängd tills operatören vinkar sina händer inom några centimeter från antennen.

Du kan stöta på många aspekter som påverkar den mänskliga kroppens kapacitans, och alla dessa kan påverka Theremins effektivitetsnivå.

Aspekter som antennlängd, luftfuktighet, storlek och operatörsdräkt och skosulans motstånd mot mark kan alla påverka för att motivera en ändring av ZERO-kontrolljusteringarna.

Genom lite övning kan ZERO-kontrollen ställas in på några sekunder.

Slutligen måste Theremin erbjudas några minuter för att bli stabil på grund av temperaturvariationer strax efter att matningsspänningen initialt slås på.

När Theremin är aktiverad och genast nollställs kommer det sannolikt att få inställningen att glida och kräva en omkalibrering upprepade gånger.

Det mest effektiva botemedlet skulle vara att sätta på strömmen med LEVEL-kontrollen helt ned och ge Theremin flera minuter för att värma upp innan du kalibrerar ZERO-kontrollen.

Slutsats

Theremin fungerar naturligt och med speciella ljudeffekter.

En volympedal gör det möjligt för dig att ta med dynamik och införa fadeouts, och nästan vilken som helst av markenheterna för gitarristar eller synthesizers kan förändra några element i ljudkvaliteten.

Theremens eteriska ljud fungerar underbart med hjälp av eko- och fördröjningsförbättringar.

Oavsett om Theremin används som en specialeffektgenerator för rockgrupper eller bioorganisationer, eller helt enkelt för att berika din framtida Halloween-fest, kommer du att upptäcka att denna gadget kan ge dig massor av okonventionella ljudeffekter med en otroligt ödmjuk utgift i termer av tid eller pengar.

Theremin är inte bara fascinerande och informativ, det är faktiskt jättekul!

Dellista

C1, C2 - 51pF, silverglimmerkondensator
C3 - 1nF, 25-WVDC elektrolytkondensator
C4 - 220pF, 25-WVDC elektrolytkondensator
R1 - 1M, 1/4-watt. 5% motstånd
R2, R3 -100k, 1/4-watt, 5% motstånd
R4 -10k, linjär potentiometer
R5 -10k, ljudpotentiometer
R6 - 47 ohm, 1/4-watt, 5% motstånd
U1 - IC 4069 eller IC 74C04 CMOS hex inverter / buffert, integrerad krets
U2 - IC 4046 faslåst slinga, integrerad krets

YTTERLIGARE DELAR OCH MATERIAL
Tryckta krets- eller perfboardmaterial, allmänt utbytesantennhölje i aluminium, IC-uttag, 9-volts transistor-radiobatteri, 9-volts-batteriklämma, tråd, löd, hårdvara, etsningslösning (vid behov), etc.