Digital Theremin Circuit - Muziek maken met je handen

Vernoemd naar de maker, de theremin is ontstaan ​​in de Sovjet-Unie in het begin van de jaren 1920. Dit bestond uit een container die was geïnstalleerd met een paar antennes. Het had geen toetsenbord om te spelen, geen snaren zoals bij gitaren. De theremin maakte eerder gebruik van de capaciteit van het menselijk lichaam om het volume en de toonhoogte en van het uitgevoerde muzieksignaal te manipuleren. De telefoniste hoefde alleen maar met zijn of haar armen dicht bij de antennes te zwaaien om een ​​overeenkomstig variërende muzikale toon te genereren!

Bijgedragen door Ragini Sharma

Vroege toepassingen

De belangrijkste toepassing van de theremin was in een ontelbare verscheidenheid aan goedkope horrorfilms. De griezelige knettergeluiden die tijdens veel acties in die films te horen waren, waren eigenlijk gemaakt van een theremin-apparaat.

Evenzo zijn ze ook gebruikt in veel pop- en rockconcerten. Hoewel de eerste theremin gebruik maakte van een paar antennes en een verscheidenheid aan pijpen en afgestemde schakelingen, maakt de vervanging ervan door moderne geïntegreerde schakelingen het werk drastisch eenvoudiger.

Hoeveel kost het?

In dit bericht leren we de ontwikkeling van een eenvoudige theremin met componenten die mogelijk minder dan $ 5 waard zijn. Elektronische enthousiastelingen die een junkbox vol componenten hebben, kunnen de klus misschien tegen mogelijk lagere kosten klaren.

De theremin wordt moeiteloos in elkaar gezet en toegepast, ook door mensen zonder muzikale kwalificaties. Bovendien kan de theremin heel leuk zijn, vooral tijdens Halloween-feesten!

In dit circuit worden de leidingen en LC-circuits eigenlijk veranderd met een paar goedkope en gemakkelijk verkrijgbare IC's om de voorgestelde Digital Theremin te genereren.

Inzicht in het blokschema

Een blokschema van het circuit is te vinden in het volgende in Fig.1.

De Theremin werkt met een set van twee hoogfrequente oscillatoren om te functioneren. Een van deze oscillatoren werkt met een constante frequentie, terwijl de andere variabel is door de lichaamscapaciteit van de operator.

De frequentie die door de twee oscillatoren wordt gegenereerd, wordt gecombineerd via een exclusief circuit, de gebalanceerde modulator.

De gebalanceerde modulator verzwakt de beginsignalen en genereert een gecompliceerde transmissie die de som- en verschilfrequenties in de twee ingangen omvat.

Wanneer een bepaalde oscillator presteert op 100 kHz en de tweede op 101 kHz, krijgen we een output die een paar frequenties vormt op 201 kHz en 1 kHz.

Omdat het hogere bereik van het menselijk gehoor beperkt is tot maximaal 20 kHz of zo, is alleen de 1 kHz verschilfrequentie hoorbaar vanwege de invloed van de gebalanceerde modulator die is aangesloten voor een audioversterker.

Hoe het circuit werkt

De schematische afbeelding voor onze Digital Theremin wordt weergegeven in de bovenstaande afbeelding.

U1 kan een CD4069 of 74C04 hex-omvormer zijn, het wordt gebruikt als een oscillator met constante frequentie vast rond 100 kHz.

IC U2 omvat de oscillator met variabele frequentie en de gebalanceerde modulator om het resterende deel van de schakeling te realiseren.

De CD4046 is een fasevergrendelde lusconfiguratie en was oorspronkelijk gemaakt voor toepassingen van het type frequentievermenigvuldiger. De componenten voldoen echter feilloos aan onze eisen.

R3, R4. en C2 stellen de middenfrequentie vast van de ingebouwde oscillatorchip. De antenne creëert samen met C2 een parallelle capaciteit, waardoor de frequentie vele kilohertz kan worden gewijzigd wanneer een menselijke hand de antenne nadert.

De door R4 geïmplementeerde ZERO-controleweerstand maakt het mogelijk dat de variabele oscillator wordt vastgezet op dezelfde frequentie als de vaste oscillator.

Als de verschilfrequentie lager is dan 15 Hz, ligt het onder de onderste frequentiedrempel van ons gehoorbereik.

Door de twee oscillatoren aan te passen voor dezelfde frequentie, blijft de Theremin gedempt totdat de operator of de artiest zijn of haar hand dicht bij de antenne beweegt.

De frequenties die door de twee oscillatoren worden gecreëerd, worden gecombineerd door een exclusieve OF-poort binnen de IC 4046.

Deze poort werkt als een digitale gebalanceerde modulator, die de som- en verschilfrequenties creëert zoals eerder besproken. De OF-poortuitgang wordt vervolgens AC-gekoppeld via C3 met LEVEL-regelweerstand R5 en een uitgangsaansluiting voor een snelle integratie met een externe audioversterker. Een 9 V PP3-batterij kan worden gebruikt om het circuit van stroom te voorzien.

PCB-ontwerpen

Het is een eenvoudig circuit en kan worden geassembleerd met een 2x2-in PCB. Een track layout voor de printplaat van Theremin zoals weergegeven in onderstaande figuur:

Een belangrijk aspect is dat de Theremin alleen in een metalen behuizing moet worden gemonteerd, aangezien het metaal een schild vormt dat de kans dat de oscillatoren van frequentie veranderen aanzienlijk elimineert.

Met de metalen behuizing is de theremin veel eenvoudiger te kalibreren.

C1 en C2 moeten beide zilveren mica-condensatoren zijn voor optimale resultaten, idealiter met een tolerantie van ± 5 procent.

Aangezien beide chips CMOS zijn, wordt het sterk aanbevolen om IC-voetjes op te nemen. Afgezien daarvan is de lay-out en montage van het bord niet kritisch.

Als het project klaar is, moeten we aan de slag met het installeren van de antenne en het bevestigen aan het bord.

Doordat de antenne is beschermd met een fijn laagje chroom is het niet mogelijk om zelf een draad effectief aan de antenne te solderen. Sluit gewoon een klein stukje draad aan op een van de ringen en bevestig het aan een 2-56 machineschroef- en boutantenne (zie afbeelding 5).

Kalibratie en testen

Controleer de Theremin na voltooiing van de montage nauwkeurig op defecten in de verbindingen, zwakke soldeerverbindingen en andere mogelijke problemen. Als alles er perfect uitziet, sluit u de Theremin met een snoer aan op een audioversterker, voegt u een batterij toe aan het apparaat en zet u het AAN.

Verhoog het volume langzaam en geleidelijk met de LEVEL-regelaar. Als alles goed werkt, kan het zijn dat u een hoog piepgeluid hoort. Als u nu met uw hand dicht bij de antenne zwaait, zou de toonhoogte van het geluid moeten toenemen. Probeer de antennelengte te vergroten tot zijn volledige capaciteit en pas de ZERO-regelknop aan om een ​​goede plek te identificeren waar een dode zone of nul-plek wordt opgemerkt, totdat je hand natuurlijk in de buurt van de antenne wordt gebracht.

Problemen met het circuit oplossen

Als het piepen niet op een afgestemde plek aankomt, probeer dan de antenne enkele centimeters korter te maken en probeer het opnieuw.

Zodra de installatie correct is uitgevoerd, moet de Theremin gedempt blijven totdat de operator met zijn of haar handen zwaait binnen een paar centimeter van de antenne.

U kunt tal van aspecten tegenkomen die de capaciteit van het menselijk lichaam beïnvloeden, en deze kunnen allemaal het efficiëntieniveau van de Theremin beïnvloeden.

Aspecten zoals de antennelengte, luchtvochtigheid, de maat en het kostuum van de operator, en de weerstand van de schoenzool tegen de grond, kunnen allemaal van invloed zijn om een ​​wijziging in de NUL-regelinstellingen te rechtvaardigen.

Door enige oefening kon de ZERO-regeling binnen enkele seconden op de juiste manier worden ingesteld.

Ten slotte moet de Theremin enkele minuten de tijd krijgen om stabiel te worden, vanwege temperatuurschommelingen, kort nadat de voedingsspanning voor het eerst is ingeschakeld.

Als de Theremin wordt geactiveerd en meteen op nul wordt gezet, zal de afstemming waarschijnlijk afwijken en herhaaldelijk een herijking vereisen.

De meest effectieve remedie zou zijn om de stroom aan te zetten met behulp van de LEVEL-regelaar helemaal omlaag, en de Theremin een paar minuten de tijd te geven om op te warmen voordat de ZERO-regelaar wordt gekalibreerd.

Gevolgtrekking

De Theremin werkt natuurlijk en met speciale audio-effecten.

Een volumepedaal stelt je in staat om dynamiek te brengen en fade-outs te introduceren, en bijna elk grondapparaat voor gitaristen of synthesizers kan een paar elementen van de geluidskwaliteit veranderen.

Het etherische geluid van de Theremin presteert wonderwel met behulp van echo- en vertragingsverbeteringen.

Ongeacht of de Theremin wordt gebruikt als een speciale effectgenerator voor rockgroepen of bioscooporganisaties, of gewoon om uw toekomstige Halloween-feest te verrijken, u zult ontdekken dat deze gadget u veel onconventionele geluidseffecten kan bieden met een ongelooflijk bescheiden uitgave in termen van tijd of geld.

De Theremin is niet alleen fascinerend en informatief, het is eigenlijk heel leuk!

Onderdelen lijst

C1, C2 - 51pF, condensator van zilvermica
C3 - 1nF, 25-WVDC elektrolytische condensator
C4 - 220pF, 25-WVDC elektrolytische condensator
R1 - 1M, 1/4 watt. 5% weerstand
R2, R3 -100k, 1/4 watt, 5% weerstand
R4 -10k, lineaire potentiometer
R5 -10k, audiopotentiometer
R6 - 47 ohm, 1/4 watt, 5% weerstand
U1 - IC 4069 of IC 74C04 CMOS hex-omvormer / buffer, geïntegreerde schakeling
U2 - IC 4046 fasevergrendelde lus, geïntegreerde schakeling

AANVULLENDE ONDERDELEN EN MATERIALEN
Bedrukte schakeling of printplaatmaterialen, vervangende aluminium antenne-behuizing voor algemeen gebruik, IC-voetjes, 9-volt transistor-radio-batterij, 9-volt-batterijclip, draad, soldeer, hardware, etsoplossing (indien nodig), enz.