Circuit numérique Theremin - Faites de la musique avec vos mains

Nommé d'après son créateur, le thérémine originaire de l'Union soviétique au début des années 1920. Cela comprenait un conteneur installé avec quelques antennes. Il n'avait pas de clavier à jouer, pas de cordes comme dans les guitares. Au contraire, le thérémine utilisait la capacité du corps humain pour manipuler le volume et la hauteur et du signal musical de sortie. L'opérateur n'avait qu'à agiter ses bras près des antennes pour générer un son musical variant en conséquence!

Contribution de Ragini Sharma

Premières applications

L'application la plus significative du thérémine a été dans une variété innombrable de films d'horreur à petit budget. Les bruits effrayants entendus dans ces films au cours de nombreuses actions ont en fait été créés à partir d'un appareil à thérémine.

De même, ils ont également été utilisés dans de nombreux concerts de musique pop et rock. Bien que le premier thérémine ait utilisé quelques antennes et une variété de tuyaux et de circuits accordés, leur remplacement par des circuits intégrés modernes simplifie considérablement le travail.

Combien ça coûtera?

Dans cet article, nous allons apprendre le développement d'un thérémine simple avec des composants pouvant valoir moins de 5 $. Les passionnés d'électronique ayant une poubelle pleine de composants pourraient réussir à faire le travail à un coût éventuellement inférieur.

Le thérémine est assemblé et appliqué sans effort, même par des personnes sans qualification musicale. En plus de cela, le thérémine pourrait être très agréable, en particulier lors des célébrations d'Halloween!

Dans ce circuit, les tuyaux et les circuits LC sont en fait modifiés avec quelques circuits intégrés à faible coût et facilement disponibles, pour générer le Thérémine numérique proposé.

Comprendre le diagramme

Un schéma de principe du circuit peut être trouvé dans ce qui suit sur la figure 1.

Le Theremin fonctionne avec un ensemble de deux oscillateurs haute fréquence pour fonctionner. L'un de ces oscillateurs fonctionne avec une fréquence constante, tandis que l'autre est variable grâce à la capacité corporelle de l'opérateur.

Les fréquences générées par les deux oscillateurs sont combinées via un circuit exclusif appelé modulateur équilibré.

Le modulateur équilibré atténue les signaux initiaux et génère une transmission compliquée qui comprend la somme et la différence des fréquences dans les deux entrées.

Lorsqu'un oscillateur particulier fonctionne à 100 kHz et le second à 101 kHz, nous obtiendrons une sortie constituant une paire de fréquences à 201 kHz et 1 kHz.

Étant donné que la plage supérieure de la capacité humaine à entendre est limitée à environ 20 kHz au maximum, seule la différence de fréquence de 1 kHz sera audible en raison de l'influence du modulateur équilibré connecté avant un amplificateur audio.

Comment fonctionne le circuit

L'image schématique de notre Digital Theremin est illustrée dans la figure ci-dessus.

U1 peut être un onduleur hexadécimal CD4069 ou 74C04, il est utilisé comme un oscillateur à fréquence constante fixé autour de 100 kHz.

IC U2 comprend l'oscillateur à fréquence variable et le modulateur équilibré pour accomplir la partie restante du circuit.

Le CD4046 est une configuration à boucle à verrouillage de phase et a été initialement créé pour les applications de type multiplicateur de fréquence. Cependant, ses composants répondent parfaitement à nos exigences.

R3, R4. et C2 établissent la fréquence centrale de la puce d'oscillateur intégrée. L'antenne crée une capacité parallèle avec C2, qui permet à la fréquence de changer de plusieurs kilohertz lorsqu'une main humaine s'approche de l'antenne.

Le resitor de contrôle ZERO implémenté par R4, permet de fixer l'oscillateur variable à la même fréquence égale à l'oscillateur fixe.

Si la différence de fréquence est inférieure à 15 Hz, elle se situe sous le seuil de fréquence inférieur de notre gamme d'audition.

En ajustant les deux oscillateurs pour la même fréquence, le Theremin reste muet jusqu'à ce que l'opérateur ou l'interprète déplace sa main près de l'antenne.

Les fréquences créées par les deux oscillateurs sont combinées par une porte OU exclusif dans l'IC 4046.

Cette porte fonctionne comme un modulateur numérique équilibré, qui crée la somme et la différence des fréquences comme indiqué précédemment. La sortie de la porte OU est ensuite couplée en courant alternatif via C3 avec une résistance de commande LEVEL R5 et une prise de sortie pour une intégration rapide avec un amplificateur audio externe. Une pile 9 V PP3 peut être utilisée pour alimenter le circuit.

Dessins de PCB

C'est un circuit simple et peut être assemblé avec un PCB 2x2 pouces. Un tracé de piste pour la carte de circuit imprimé de Theremin comme indiqué dans la figure ci-dessous:

Un aspect important est que le Theremin doit être monté dans un boîtier métallique uniquement, car le métal forme un blindage qui élimine considérablement le potentiel pour les oscillateurs de changer de fréquence.

Le boîtier métallique permet au thérémine de se calibrer beaucoup plus simplement.

C1 et C2 doivent tous deux être des condensateurs au mica argenté pour des résultats optimaux, idéalement avec une tolérance de ± 5%.

Étant donné que les deux puces sont CMOS, il est fortement recommandé d'incorporer des sockets IC. En dehors de cela, la disposition et l'assemblage de la carte ne sont pas critiques.

Une fois le projet terminé, nous devons travailler à l'installation de l'antenne et à la fixer au tableau.

Parce que l'antenne est protégée par une fine couche de chrome, il n'est pas possible de souder efficacement un fil à l'antenne seule. Connectez simplement un petit morceau de fil à l'une des rondelles et fixez-le à une vis mécanique 2-56 et une antenne boulonnée (voir Figure 5).

Calibration et test

À la fin de l'assemblage, vérifiez attentivement le Theremin pour les défauts dans les interconnexions, les joints de soudure faibles et d'autres problèmes possibles. Si tout semble parfait, connectez le Theremin avec un cordon à un amplificateur audio, ajoutez une batterie à l'appareil et allumez-le.

Augmentez lentement et progressivement le volume avec la commande LEVEL. Si tout fonctionne correctement, vous pourriez avoir du mal à entendre un cri aigu. Maintenant, agiter votre main près de l'antenne devrait augmenter la hauteur du son. Essayez d'augmenter la longueur de l'antenne à sa pleine capacité et ajustez le bouton de commande ZERO pour identifier un point idéal où une zone morte ou un point nul est remarqué jusqu'à ce que votre main soit bien sûr rapprochée de l'antenne.

Dépannage du circuit

Au cas où le grincement n'arriverait pas à un point réglé, essayez de raccourcir l'antenne de quelques centimètres et réessayez.

Une fois que la configuration est mise en œuvre avec précision, le Theremin doit rester silencieux jusqu'à ce que l'opérateur agite ses mains à quelques centimètres de l'antenne.

Vous pouvez rencontrer de nombreux aspects influençant la capacité du corps humain, et tous pourraient affecter le niveau d'efficacité du Theremin.

Des aspects tels que la longueur de l'antenne, l'humidité de l'air, la taille et le costume de l'opérateur, et la résistance de la semelle de la chaussure au sol pourraient tous avoir une influence pour justifier une modification des réglages de la commande ZERO.

Grâce à une certaine pratique, le contrôle ZERO pourrait être réglé de manière appropriée en quelques secondes.

Enfin, il faut offrir au Theremin quelques minutes pour se stabiliser, en raison des variations de température, peu après la mise sous tension initiale.

Lorsque le Theremin est mis sous tension et immédiatement mis à zéro, cela entraînera probablement une dérive du réglage et exigera un réétalonnage à plusieurs reprises.

Le remède le plus efficace serait de mettre l'appareil sous tension en utilisant la commande LEVEL complètement vers le bas et de laisser le Theremin s'échauffer pendant quelques minutes avant de calibrer la commande ZERO.

Conclusion

Le Theremin fonctionne naturellement et avec des effets audio spéciaux.

Une pédale de volume vous permet d'apporter de la dynamique et d'introduire des fondus, et presque tous les appareils au sol des guitaristes ou des synthétiseurs peuvent altérer quelques éléments de la qualité sonore.

Le son éthéré du Theremin fonctionne à merveille en utilisant des améliorations d'écho et de retard.

Que le Theremin soit utilisé comme générateur d'effets spéciaux pour des groupes de rock ou des organisations de cinéma, ou simplement pour enrichir votre future fête d'Halloween, vous découvrirez que ce gadget peut vous fournir de nombreux effets sonores non conventionnels en utilisant une dépense incroyablement modeste en termes de temps ou d'argent.

Non seulement le Theremin est fascinant et instructif, mais il est en fait très amusant!

Liste des pièces

C1, C2 - 51pF, condensateur au mica argenté
Condensateur électrolytique C3 - 1nF, 25 WVDC
Condensateur électrolytique C4 - 220pF, 25 WVDC
R1 - 1M, 1/4 watts. 5% résistance
R2, R3 -100k, 1/4 -watt, 5% résistance
R4 -10k, potentiomètre linéaire
R5 -10k, potentiomètre audio
R6 - 47 ohms, 1/4 watts, résistance 5%
U1 - IC 4069 ou IC 74C04 Inverseur / tampon CMOS hexadécimal, circuit intégré
U2 - IC 4046 boucle à verrouillage de phase, circuit intégré

PIÈCES ET MATÉRIAUX SUPPLÉMENTAIRES
Matériaux de circuits imprimés ou de panneaux de perfusion, boîtier en aluminium pour antenne de remplacement à usage général, prises IC, batterie à transistor 9 volts-radio, clip de batterie 9 volts, fil, soudure, matériel, solution de gravure (si nécessaire), etc.