Circuito Digital Theremin - Faça música com as mãos

Nomeado após seu criador, o theremin originou-se na União Soviética no início da década de 1920. Este consistia em um contêiner instalado com um par de antenas. Não tinha teclado para tocar, nem cordas como nas guitarras. Em vez disso, o theremin fez uso da capacitância do corpo humano para manipular o volume, o tom e o sinal musical de saída. O operador precisava apenas acenar com os braços perto das antenas para gerar um tom musical com variação correspondente!

Contribuição de Ragini Sharma

Aplicativos iniciais

A aplicação mais significativa do theremin foi em uma variedade incontável de filmes de terror de baixo orçamento. Os ruídos estranhos assustadores ouvidos nesses filmes durante muitas ações foram, na verdade, criados a partir de um dispositivo theremin.

Da mesma forma, eles também foram usados ​​em muitos concertos de música pop e rock. Embora o primeiro theremin fizesse uso de um par de antenas e uma variedade de tubos e circuitos sintonizados, substituí-los por circuitos integrados modernos torna o trabalho drasticamente mais simples.

Quanto vai custar?

Nesta postagem, aprenderemos o desenvolvimento de um theremin simples com componentes que podem valer menos de $ 5. Entusiastas de eletrônicos com uma caixa de sucata cheia de componentes podem conseguir fazer o trabalho possivelmente por um custo menor.

O theremin é elaborado e aplicado sem esforço, mesmo por indivíduos sem qualificações musicais. Além disso, o theremin pode ser muito divertido, principalmente nas celebrações do Halloween!

Neste circuito, os tubos e os circuitos LC são na verdade trocados com alguns CIs de baixo custo e prontamente disponíveis, para gerar o Theremin Digital proposto.

Compreendendo o Diagrama de Bloco

Um diagrama de blocos do circuito pode ser encontrado a seguir na Fig. 1.

O Theremin trabalha com um conjunto de dois osciladores de alta frequência para funcionamento. Um desses osciladores funciona com frequência constante, enquanto o outro é variável através da capacitância corporal do operador.

As frequências geradas pelos dois osciladores são combinadas por meio de um circuito exclusivo denominado modulador balanceado.

O modulador balanceado atenua os sinais iniciais e gera uma transmissão complicada que inclui a soma e a diferença de frequências nas duas entradas.

Quando um oscilador específico está operando em 100 kHz e o segundo em 101 kHz, obteremos uma saída que constitui um par de frequências em 201 kHz e 1 kHz.

Como a faixa mais alta da capacidade humana de ouvir é restrita a 20 kHz ou mais, no máximo, apenas a diferença de frequência de 1 kHz será ouvida devido à influência do modulador balanceado conectado antes de um amplificador de áudio.

Como funciona o circuito

A imagem esquemática de nosso Digital Theremin é demonstrada na figura acima.

U1 pode ser um conversor hexadecimal CD4069 ou 74C04, ele é usado como um oscilador de frequência constante fixo em torno de 100 kHz.

IC U2 inclui o oscilador de frequência variável e modulador balanceado para realizar a parte restante do circuito.

O CD4046 é uma configuração de malha de bloqueio de fase e foi inicialmente criado para aplicações do tipo multiplicador de frequência. No entanto, seus componentes atendem perfeitamente aos nossos requisitos.

R3, R4. e C2 estabelecem a frequência central do chip oscilador embutido. A antena cria uma capacitância paralela junto com C2, que permite que a frequência seja alterada muitos quilohertz quando uma mão humana se aproxima da antena.

O resistor de controle ZERO implementado pelo R4, possibilita que o oscilador variável seja fixado na mesma frequência igual ao oscilador fixo.

Se a diferença de frequência estiver abaixo de 15 Hz, está abaixo do limite de frequência inferior de nossa faixa de audição.

Ajustando os dois osciladores para a frequência idêntica, o Theremin permanece sem som até que o operador ou executante mova sua mão para perto da antena.

As frequências criadas pelos dois osciladores são combinadas por uma porta OU exclusiva dentro do IC 4046.

Esta porta funciona como um modulador digital balanceado, que cria as frequências de soma e diferença conforme discutido anteriormente. A saída da porta OR é subsequentemente acoplada AC através de C3 com resistor de controle LEVEL R5 e um conector de saída para uma integração rápida com um amplificador de áudio externo. Uma bateria PP3 de 9 V pode ser usada para alimentar o circuito.

Projetos de PCB

É um circuito simples e pode ser montado com um PCB de 2x2 pol. Um layout de trilha para a placa de circuito impresso do Theremin, conforme exibido na figura abaixo:

Um aspecto importante é que o Theremin deve ser montado em uma caixa de metal apenas, uma vez que o metal forma uma blindagem que elimina muito a possibilidade de os osciladores mudarem de frequência.

Ter a caixa de metal permite que o theremin seja muito mais simples de calibrar.

C1 e C2 precisam ser capacitores de mica de prata para resultados ideais, idealmente com uma tolerância de ± 5 por cento.

Uma vez que ambos os chips são CMOS, é altamente recomendável incorporar soquetes de IC. Além disso, o layout e a montagem do conselho não são críticos.

Uma vez que o projeto esteja finalizado, temos que trabalhar com a instalação da antena e fixando-a na placa.

Como a antena é protegida com um fino revestimento de cromo, não é possível soldar um fio de forma eficaz à antena sozinho. Basta conectar um pequeno pedaço de fio a uma das arruelas e fixá-lo a um parafuso da máquina 2-56 e a uma antena de parafuso (consulte a Figura 5).

Calibração e Teste

Após a conclusão da montagem, verifique de perto o Theremin para defeitos nas interconexões, juntas de solda fracas e outros possíveis problemas. Se tudo parecer perfeito, conecte o Theremin com um cabo a um amplificador de áudio, adicione uma bateria ao dispositivo e ligue-o.

Aumente lenta e gradualmente o volume com o controle LEVEL. Se tudo funcionar corretamente, você poderá ouvir um grito agudo. Agora, acenar com a mão perto da antena deve aumentar o tom do som. Tente aumentar o comprimento da antena para sua capacidade total e ajuste o botão de controle ZERO para identificar um ponto ideal onde uma zona morta ou ponto nulo é notado até que sua mão seja aproximada da antena.

Solução de problemas do circuito

Caso o guincho não chegue a algum ponto sintonizado, tente encurtar a antena alguns centímetros e tente novamente.

Uma vez que a configuração seja implementada com precisão, o Theremin deve permanecer mudo até que o operador acene com as mãos a poucos centímetros da antena.

Você pode encontrar vários aspectos que influenciam a capacitância do corpo humano e todos eles podem afetar o nível de eficiência do Theremin.

Aspectos como comprimento da antena, umidade do ar, tamanho e traje do operador e a resistência da sola do sapato ao solo podem influenciar para garantir uma alteração nos ajustes de controle ZERO.

Por meio de alguma prática, o controle ZERO pode ser configurado apropriadamente em questão de segundos.

Por fim, deve-se oferecer ao Theremin alguns minutos para que ele se torne estável, em função das variações de temperatura, logo após a alimentação inicial ser ligada.

Quando o Theremin é energizado e imediatamente zerado, provavelmente fará com que a afinação desvie e exija uma recalibração repetidamente.

O remédio mais eficaz seria ligar a energia usando o controle LEVEL completamente para baixo e dar ao Theremin alguns minutos ou mais para aquecer antes de calibrar o controle ZERO.

Conclusão

O Theremin funciona naturalmente e com efeitos especiais de áudio.

Um pedal de volume permite que você traga dinâmica e introduza fadeouts, e quase qualquer dispositivo de solo para guitarristas ou sintetizadores pode alterar alguns elementos da qualidade do som.

O som etéreo do Theremin tem um desempenho maravilhoso usando aprimoramentos de eco e atraso.

Independentemente de o Theremin ser empregado como gerador de efeitos especiais para grupos de rock ou organizações de cinema, ou simplesmente para enriquecer sua futura celebração do Halloween, você descobrirá que este gadget pode fornecer muitos efeitos sonoros não convencionais com um gasto incrivelmente humilde em termos de tempo ou dinheiro.

O Theremin não é apenas fascinante e informativo, mas também muito divertido!

Lista de peças

C1, C2 - 51pF, capacitor de mica prata
C3 - 1nF, capacitor eletrolítico 25-WVDC
C4 - 220pF, capacitor eletrolítico 25-WVDC
R1 - 1M, 1/4 watt. 5% resistor
R2, R3 -100k, 1/4 -watt, resistor de 5%
R4 -10k, potenciômetro linear
R5 -10k, potenciômetro de áudio
R6 - 47 ohm, 1/4 watt, 5% resistor
U1 - IC 4069 ou IC 74C04 CMOS hex inverter / buffer, circuito integrado
U2 - circuito integrado de bloqueio de fase IC 4046

PEÇAS E MATERIAIS ADICIONAIS
Materiais impressos de circuito ou perfboard, caixa de alumínio de antena de substituição de uso geral, soquetes de IC, transistor de 9 volts - bateria de rádio, clipe de bateria de 9 volts, fio, solda, hardware, solução de gravação (se necessário), etc.