Ψηφιακό κύκλωμα Theremin - Δημιουργήστε μουσική με τα χέρια σας

Ονομάστηκε από τον δημιουργό του, το Theremin δημιουργήθηκε στη Σοβιετική Ένωση στις αρχές της δεκαετίας του 1920. Αυτό αποτελείται από ένα δοχείο εγκατεστημένο με μερικές κεραίες. Δεν είχε κανένα πληκτρολόγιο για να παίξει, ούτε χορδές όπως στις κιθάρες. Αντίθετα, το Themin έκανε χρήση της χωρητικότητας του ανθρώπινου σώματος για να χειριστεί την ένταση και το βήμα και το μουσικό σήμα εξόδου. Ο χειριστής έπρεπε απλώς να κουνήσει τα χέρια του κοντά στις κεραίες για να δημιουργήσει έναν αντίστοιχα διαφορετικό μουσικό τόνο!

Συνεισφορά από τον Ragini Sharma

Πρόωρες εφαρμογές

Η πιο σημαντική εφαρμογή του theremin ήταν σε μια αμέτρητη ποικιλία ταινιών τρόμου χαμηλού προϋπολογισμού. Οι τρομακτικοί θορυβώδεις θόρυβοι που ακούστηκαν σε αυτές τις ταινίες κατά τη διάρκεια πολλών ενεργειών δημιουργήθηκαν στην πραγματικότητα από μια συσκευή.

Ομοίως, έχουν χρησιμοποιηθεί επίσης σε πολλές συναυλίες ποπ και ροκ μουσικής. Παρόλο που το πρώτο Theremin χρησιμοποίησε μερικές κεραίες και μια ποικιλία σωλήνων και συντονισμένων κυκλωμάτων, η αντικατάστασή τους με σύγχρονα ολοκληρωμένα κυκλώματα καθιστά την εργασία δραστικά απλούστερη.

Ποσο θα κοστισει?

Σε αυτήν την ανάρτηση, θα μάθουμε την ανάπτυξη ενός απλού τρόμου με στοιχεία που μπορεί να αξίζουν λιγότερο από 5 $. Οι λάτρεις των ηλεκτρονικών συσκευών που έχουν ένα ανεπιθύμητο κουτί γεμάτο στοιχεία ενδέχεται να καταφέρουν να ολοκληρώσουν τη δουλειά με πιθανώς χαμηλότερο κόστος.

Το theremin συνδυάζεται και εφαρμόζεται εύκολα, ακόμη και από άτομα χωρίς μουσικά προσόντα. Επιπλέον, το Theremin θα μπορούσε να είναι μια μεγάλη απόλαυση, ειδικά στις γιορτές του Halloween!

Σε αυτό το κύκλωμα, οι σωλήνες και τα κυκλώματα LC αλλάζουν στην πραγματικότητα με δύο χαμηλού κόστους και άμεσα διαθέσιμα IC, για να δημιουργήσουν το προτεινόμενο Digital Theremin.

Κατανόηση του διαγράμματος μπλοκ

Ένα διάγραμμα μπλοκ του κυκλώματος μπορεί να βρεθεί στα ακόλουθα στο Σχ. 1.

Το Theremin λειτουργεί με ένα σύνολο δύο ταλαντωτών υψηλής συχνότητας για λειτουργία. Ένα από αυτά τα ταλαντωτές λειτουργεί με σταθερή συχνότητα, ενώ το άλλο είναι μεταβλητό μέσω της χωρητικότητας του σώματος του χειριστή.

Η συχνότητα που παράγεται από τους δύο ταλαντωτές συνδυάζεται μέσω ενός αποκλειστικού κυκλώματος που ονομάζεται ισορροπημένος διαμορφωτής.

Ο ισορροπημένος διαμορφωτής εξασθενεί τα αρχικά σήματα και δημιουργεί μια περίπλοκη μετάδοση που περιλαμβάνει τις συχνότητες αθροίσματος και διαφοράς στις δύο εισόδους.

Όταν ένας συγκεκριμένος ταλαντωτής λειτουργεί στα 100 kHz και ο δεύτερος στα 101 kHz, θα έχουμε μια έξοδο που αποτελεί ζεύγος συχνοτήτων στα 201 kHz και 1 kHz.

Επειδή το υψηλότερο εύρος της ανθρώπινης ικανότητας ακρόασης περιορίζεται στα 20 kHz το πολύ, μόνο η συχνότητα διαφοράς 1 kHz θα είναι ακουστή λόγω της επίδρασης του ισορροπημένου διαμορφωτή που συνδέεται πριν από έναν ενισχυτή ήχου.

Πώς λειτουργεί το κύκλωμα

Η σχηματική εικόνα για το Digital Theremin μας φαίνεται στο παραπάνω σχήμα.

Το U1 θα μπορούσε να είναι είτε ένας εξάγωνος μετατροπέας CD4069 είτε 74C04, χρησιμοποιείται σαν ταλαντωτής σταθερής συχνότητας σταθερός γύρω στα 100 kHz.

Το IC U2 περιλαμβάνει τον ταλαντωτή μεταβλητής συχνότητας και τον ισορροπημένο διαμορφωτή για να ολοκληρώσει το υπόλοιπο τμήμα του κυκλώματος.

Το CD4046 είναι μια διαμόρφωση βρόχου κλειδώματος φάσης και είχε αρχικά δημιουργηθεί για εφαρμογές τύπου πολλαπλασιαστή συχνότητας. Ωστόσο, τα συστατικά του πληρούν τις απαιτήσεις μας άψογα.

R3, R4. και C2 καθορίζουν την κεντρική συχνότητα του ενσωματωμένου τσιπ ταλαντωτή. Η κεραία δημιουργεί μια παράλληλη χωρητικότητα μαζί με το C2, που επιτρέπει στη συχνότητα να αλλάζει πολλά kilohertz όταν ένα ανθρώπινο χέρι πλησιάζει την κεραία.

Ο μηδενικός ελεγκτής ελέγχου που εφαρμόζεται από το R4, καθιστά δυνατή τη σταθεροποίηση του μεταβλητού ταλαντωτή στην ίδια συχνότητα ίση με τον σταθερό ταλαντωτή.

Εάν η συχνότητα διαφοράς είναι κάτω από 15 Hz, είναι κάτω από το κατώτατο όριο συχνότητας του εύρους ακοής μας.

Με την τροποποίηση των δύο ταλαντωτών για την ίδια συχνότητα, το Theremin παραμένει σε σίγαση έως ότου ο χειριστής ή ο εκτελεστής μετακινήσει το χέρι του κοντά στην κεραία.

Οι συχνότητες που δημιουργούνται από τους δύο ταλαντωτές συνδυάζονται με μια αποκλειστική πύλη OR εντός του IC 4046.

Αυτή η πύλη λειτουργεί σαν ένας ψηφιακός ισορροπημένος διαμορφωτής, που δημιουργεί τις συχνότητες αθροίσματος και διαφοράς όπως συζητήθηκε προηγουμένως. Η έξοδος πύλης OR στη συνέχεια συνδέεται AC μέσω C3 με αντίσταση ελέγχου LEVEL R5 και υποδοχή εξόδου για γρήγορη ενσωμάτωση με εξωτερικό ενισχυτή ήχου. Μια μπαταρία 9 V PP3 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία του κυκλώματος.

Σχέδια PCB

Είναι ένα απλό κύκλωμα και θα μπορούσε να συναρμολογηθεί με PCB 2x2-in. Μια διάταξη κομματιού για την πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος του Theremin όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

Μια σημαντική πτυχή είναι ότι το Theremin πρέπει να τοποθετηθεί μόνο σε μια μεταλλική θήκη, καθώς το μέταλλο σχηματίζει μια ασπίδα που εξαλείφει σε μεγάλο βαθμό τη δυνατότητα αλλαγής συχνότητας των ταλαντωτών.

Έχοντας τη μεταλλική θήκη, η θήκη επιτρέπει πολύ πιο εύκολη βαθμονόμηση.

Τα C1 και C2 πρέπει να είναι πυκνωτές μαρμαρυγίας για βέλτιστα αποτελέσματα, ιδανικά με ανοχή ± 5%.

Δεδομένου ότι και τα δύο τσιπ είναι CMOS, συνιστάται ιδιαίτερα να ενσωματώνονται πρίζες IC. Εκτός από αυτό, η διάταξη και η συναρμολόγηση του πίνακα είναι άκριτες.

Μόλις ολοκληρωθεί το έργο, πρέπει να εργαστούμε με την εγκατάσταση της κεραίας και την προσάρτηση στην πλακέτα.

Επειδή η κεραία προστατεύεται με λεπτή επίστρωση χρωμίου, δεν είναι δυνατή η αποτελεσματική συγκόλληση ενός καλωδίου από μόνη της στην κεραία. Απλώς συνδέστε ένα μικρό κομμάτι σύρματος σε μια από τις ροδέλες και συνδέστε το σε μια κεραία βίδας και μπουλονιού 2-56 (βλ. Εικόνα 5).

Βαθμονόμηση και δοκιμές

Μετά την ολοκλήρωση της συναρμολόγησης, ελέγξτε προσεκτικά το Theremin για ελαττώματα στις διασυνδέσεις, αδύναμους συνδέσμους κολλητικής ουσίας και άλλα πιθανά προβλήματα. Εάν όλα φαίνονται τέλεια, συνδέστε το Theremin με ένα καλώδιο έως έναν ενισχυτή ήχου, προσθέστε μια μπαταρία στη συσκευή και ενεργοποιήστε τη.

Αυξήστε αργά και σταδιακά την ένταση με το χειριστήριο LEVEL. Εάν όλα λειτουργούν σωστά, μπορεί να είστε επιτυχείς να ακούτε ένα φωνητικό. Τώρα, κουνώντας το χέρι σας κοντά στην κεραία θα πρέπει να αυξήσει την ένταση του ήχου. Προσπαθήστε να αυξήσετε το μήκος της κεραίας στην πλήρη χωρητικότητά της και να ρυθμίσετε το κουμπί ελέγχου ZERO για να εντοπίσετε ένα γλυκό σημείο όπου παρατηρείται μια νεκρή ζώνη ή μηδενικό σημείο μέχρι φυσικά το χέρι σας να πλησιάσει την κεραία.

Αντιμετώπιση προβλημάτων του κυκλώματος

Σε περίπτωση που το squeal αποτύχει να φτάσει σε οποιοδήποτε συντονισμένο σημείο, δοκιμάστε να κάνετε την κεραία μικρότερη κατά μερικές ίντσες και δοκιμάστε ξανά.

Μόλις η ρύθμιση εφαρμοστεί με ακρίβεια, το Theremin θα πρέπει να παραμείνει σε σίγαση έως ότου ο χειριστής κουνήσει τα χέρια του μέσα σε λίγες εκατοστά από την κεραία.

Μπορεί να συναντήσετε πολλές πτυχές που επηρεάζουν την χωρητικότητα του ανθρώπινου σώματος και όλα αυτά θα μπορούσαν να επηρεάσουν το επίπεδο απόδοσης του Theremin.

Πτυχές όπως το μήκος της κεραίας, η υγρασία του αέρα, το μέγεθος και το κοστούμι του χειριστή και η αντίσταση της σόλας του παπουτσιού στο έδαφος θα μπορούσαν να επηρεάσουν όλα για να δικαιολογηθεί μια αλλαγή στις ρυθμίσεις μηδενικού ελέγχου.

Μέσα από κάποια πρακτική, ο έλεγχος ZERO θα μπορούσε να ρυθμιστεί κατάλληλα σε λίγα δευτερόλεπτα.

Τέλος, το Theremin πρέπει να προσφερθεί λίγα λεπτά για να είναι σταθερό, λόγω των μεταβολών της θερμοκρασίας, αμέσως μετά την αρχική ενεργοποίηση της τάσης τροφοδοσίας.

Όταν το Theremin είναι ενεργοποιημένο και αμέσως μηδενιστεί, πιθανότατα θα προκαλέσει τη μετάβαση του συντονισμού και θα απαιτήσει επανειλημμένη επαναρύθμιση.

Η πιο αποτελεσματική λύση θα ήταν να ενεργοποιήσετε πλήρως το χειριστήριο LEVEL και να παρέχετε το Theremin αρκετά λεπτά περίπου για να ζεσταθεί πριν βαθμονομήσετε το ZERO control.

συμπέρασμα

Το Theremin λειτουργεί φυσικά και με ειδικά ηχητικά εφέ.

Ένα πεντάλ έντασης σάς δίνει τη δυνατότητα να φέρετε δυναμική και να παρουσιάσετε fadeouts και σχεδόν οποιαδήποτε από τις συσκευές εδάφους για κιθαρίστες ή συνθεσάιζερ μπορεί να αλλάξει μερικά στοιχεία της ποιότητας του ήχου.

Ο αιθερικός ήχος του Theremin αποδίδει υπέροχα χρησιμοποιώντας βελτιώσεις ηχούς και καθυστέρησης.

Ανεξάρτητα από το αν το Theremin χρησιμοποιείται ως γεννήτρια ειδικών εφέ για ροκ γκρουπ ή κινηματογραφικές οργανώσεις ή απλώς για να εμπλουτίσει τη μελλοντική σας γιορτή αποκριών, θα ανακαλύψετε ότι αυτό το gadget μπορεί να σας προσφέρει πολλά μη συμβατικά ηχητικά εφέ χρησιμοποιώντας μια απίστευτα ταπεινή δαπάνη από την άποψη χρόνου ή χρήματος.

Όχι μόνο το Theremin είναι συναρπαστικό και ενημερωτικό, είναι πραγματικά πολύ διασκεδαστικό!

Λίστα ανταλλακτικών

Πυκνωτής C1, C2 - 51pF, ασημί μίκας
Ηλεκτρολυτικός πυκνωτής C3 - 1nF, 25-WVDC
Ηλεκτρολυτικός πυκνωτής C4 - 220pF, 25-WVDC
R1 - 1M, 1/4-watt. 5% αντίσταση
R2, R3 -100k, 1/4-watt, 5% αντίσταση
R4 -10k, γραμμικό ποτενσιόμετρο
R5 -10k, ποτενσιόμετρο ήχου
R6 - 47-ohm, 1/4-watt, 5% αντίσταση
Εξαγωνικός μετατροπέας / buffer U1 - IC 4069 ή IC 74C04 CMOS, ολοκληρωμένο κύκλωμα
U2 - IC 4046 κλειδωμένο βρόχο, ολοκληρωμένο κύκλωμα

ΠΡΟΣΘΕΤΑ ΜΕΡΗ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ
Υλικά τυπωμένου κυκλώματος ή αρωματοποιίας, θήκη αλουμινίου κεραίας αντικατάστασης γενικής χρήσης, πρίζες IC, 9 τρανζίστορ τρανζίστορ ραδιόφωνο, κλιπ μπαταρίας 9 βολτ, καλώδιο, κολλητήρι, υλικό, διάλυμα χάραξης (εάν χρειάζεται) κ.λπ.