Mạch Theremin kỹ thuật số - Tạo nhạc bằng tay của bạn

Được đặt theo tên người tạo ra nó, the theremin có nguồn gốc ở Liên Xô vào đầu những năm 1920. Điều này bao gồm một thùng chứa được lắp đặt với một vài ăng-ten. Nó không có bất kỳ bàn phím nào để chơi, không có dây như trong guitar. Thay vào đó, chiếc Theremin đã sử dụng điện dung của cơ thể người để điều khiển âm lượng, cao độ và tín hiệu âm nhạc đầu ra. Người điều khiển chỉ cần vẫy cánh tay của mình gần với ăng-ten để tạo ra một giai điệu âm nhạc khác nhau tương ứng!

Đóng góp bởi Ragini Sharma

Đơn đăng ký sớm

Ứng dụng quan trọng nhất của theremin là trong vô số các bộ phim kinh dị kinh phí thấp. Những tiếng động nhấp nháy ma quái nghe thấy trong những bộ phim đó trong nhiều hành động thực sự được tạo ra từ một thiết bị theremin.

Tương tự như vậy, họ cũng đã được sử dụng trong nhiều buổi hòa nhạc nhạc pop và rock. Mặc dù nơi đó đầu tiên sử dụng một vài ăng-ten và nhiều loại ống dẫn và mạch điều chỉnh, việc thay thế chúng bằng các mạch tích hợp hiện đại làm cho công việc đơn giản hơn đáng kể.

Nó có giá bao nhiêu?

Trong bài đăng này, chúng ta sẽ tìm hiểu sự phát triển của theremin đơn giản với các thành phần có thể có giá trị dưới 5 đô la. Những người đam mê điện tử có một thùng rác đầy đủ các thành phần có thể xoay sở để hoàn thành công việc với mức chi phí thấp hơn.

Theremin được tập hợp và áp dụng một cách dễ dàng, ngay cả bởi những cá nhân không có trình độ âm nhạc. Trên hết, những người đó có thể rất thích thú, đặc biệt là tại lễ hội Halloween!

Trong mạch này, các đường ống và mạch LC thực sự được thay đổi bằng một vài IC giá rẻ và sẵn có, để tạo ra Theremin kỹ thuật số được đề xuất.

Hiểu sơ đồ khối

Sơ đồ khối của mạch có thể được tìm thấy như sau trong Hình 1.

Theremin hoạt động với một bộ hai bộ dao động tần số cao để hoạt động. Một trong những bộ dao động này hoạt động với tần số không đổi, trong khi bộ dao động kia có thể thay đổi thông qua điện dung cơ thể của người vận hành.

Tần số tạo ra từ hai bộ dao động được kết hợp thông qua một mạch độc quyền được gọi là bộ điều chế cân bằng.

Bộ điều chế cân bằng làm suy giảm các tín hiệu ban đầu và tạo ra một đường truyền phức tạp bao gồm tần số tổng và chênh lệch trong hai đầu vào.

Khi một bộ dao động cụ thể đang thực hiện ở 100 kHz và bộ thứ hai ở 101 kHz, chúng ta sẽ nhận được đầu ra tạo thành một cặp tần số là 201 kHz và 1 kHz.

Do khả năng nghe của con người ở phạm vi cao hơn bị hạn chế tối đa ở 20 kHz, nên chỉ có thể nghe được tần số chênh lệch 1 kHz do ảnh hưởng của bộ điều chế cân bằng được kết nối trước bộ khuếch đại âm thanh.

Cách hoạt động của mạch

Hình ảnh sơ đồ cho Theremin kỹ thuật số của chúng tôi được minh họa trong hình trên.

U1 có thể là một biến tần CD4069 hoặc 74C04 hex, nó được sử dụng như một bộ dao động tần số không đổi cố định xung quanh 100 kHz.

IC U2 bao gồm bộ dao động tần số thay đổi và bộ điều chế cân bằng để thực hiện phần còn lại của mạch.

CD4046 là cấu hình vòng lặp khóa pha và ban đầu đã được tạo ra cho các ứng dụng loại bộ nhân tần số. Tuy nhiên, các thành phần của nó đáp ứng các yêu cầu của chúng tôi một cách hoàn hảo.

R3, R4. và C2 thiết lập tần số trung tâm của chip dao động tích hợp. Ăng-ten tạo ra một điện dung song song cùng với C2, cho phép thay đổi tần số nhiều kilohertz khi có bàn tay con người tiếp cận ăng-ten.

Bộ thay đổi điều khiển ZERO do R4 thực hiện, giúp cho bộ dao động biến đổi có thể được cố định ở cùng tần số bằng với bộ dao động cố định.

Nếu tần số chênh lệch dưới 15 Hz, nó nằm dưới ngưỡng tần số thấp hơn trong phạm vi thính giác của chúng ta.

Bằng cách điều chỉnh hai bộ dao động cho cùng một tần số, Theremin vẫn bị tắt tiếng cho đến khi người điều khiển hoặc người biểu diễn di chuyển tay của họ đến gần ăng-ten.

Các tần số được tạo ra bởi hai bộ dao động được kết hợp bởi một cổng OR độc quyền trong IC 4046.

Cổng này hoạt động giống như một bộ điều chế cân bằng kỹ thuật số, tạo ra các tần số tổng và chênh lệch như đã thảo luận trước đây. Đầu ra cổng OR sau đó được kết hợp AC thông qua C3 với điện trở điều khiển LEVEL R5 và giắc cắm đầu ra để tích hợp nhanh chóng với bộ khuếch đại âm thanh bên ngoài. Pin 9 V PP3 có thể được sử dụng để cấp nguồn cho mạch.

Thiết kế PCB

Nó là một mạch đơn giản và có thể được lắp ráp với một PCB 2 × 2. Bố cục rãnh cho bảng mạch in của Theremin như được hiển thị trong hình bên dưới:

Một khía cạnh quan trọng là Theremin chỉ phải được gắn vào một vỏ kim loại, vì kim loại tạo thành một tấm chắn giúp loại bỏ đáng kể khả năng các bộ dao động thay đổi tần số.

Có vỏ kim loại cho phép hiệu chuẩn đơn giản hơn nhiều.

Cả C1 và C2 đều cần phải là tụ điện mica bạc để có kết quả tối ưu, lý tưởng là với dung sai ± 5%.

Vì cả hai chip đều là CMOS, nên kết hợp ổ cắm IC. Ngoài ra, cách bố trí và lắp ráp của bo mạch là không thể kiểm soát.

Sau khi dự án kết thúc, chúng tôi phải làm việc với việc lắp đặt ăng-ten và gắn nó vào bảng.

Vì ăng-ten được bảo vệ bằng lớp mạ crôm mịn, nên không thể tự hàn dây vào ăng-ten một cách hiệu quả. Chỉ cần kết nối một đoạn dây nhỏ với một trong các vòng đệm và gắn nó vào ăng ten bu lông và vít của máy 2-56 (xem Hình 5).

Hiệu chuẩn và Kiểm tra

Sau khi hoàn thành việc lắp ráp, hãy kiểm tra chặt chẽ Theremin để tìm các khuyết tật trong các mối liên kết, mối hàn yếu và các vấn đề có thể xảy ra khác. Nếu mọi thứ trông hoàn hảo, hãy kết nối Theremin bằng dây với bộ khuếch đại âm thanh, thêm pin vào thiết bị và BẬT thiết bị.

Từ từ và tăng dần âm lượng với điều khiển LEVEL. Nếu mọi thứ hoạt động bình thường, bạn có thể sẽ không tự tin khi nghe thấy một tiếng rít the thé. Bây giờ, vẫy tay của bạn gần ăng-ten sẽ làm tăng cường độ của âm thanh. Hãy thử tăng chiều dài ăng-ten lên hết công suất và tinh chỉnh núm điều khiển ZERO để xác định điểm ngọt nơi phát hiện ra vùng chết hoặc điểm trống cho đến khi bạn đưa tay đến gần ăng-ten.

Khắc phục sự cố mạch

Trong trường hợp tiếng kêu không đến được bất kỳ điểm điều chỉnh nào, hãy thử làm cho ăng-ten ngắn hơn một vài inch và thử lại.

Khi thiết lập được thực hiện chính xác, Theremin nên giữ tắt tiếng cho đến khi người vận hành vẫy tay trong vòng vài inch tính từ ăng-ten.

Bạn có thể bắt gặp nhiều khía cạnh ảnh hưởng đến điện dung cơ thể con người, và tất cả những điều này đều có thể ảnh hưởng đến mức hiệu quả của Theremin.

Các khía cạnh như chiều dài ăng-ten, độ ẩm không khí, kích thước và trang phục của người vận hành cũng như khả năng chống đất của đế giày đều có thể ảnh hưởng đến việc đảm bảo thay đổi trong điều chỉnh điều khiển ZERO.

Thông qua một số thực hành, điều khiển ZERO có thể được thiết lập thích hợp trong vài giây.

Cuối cùng, Theremin phải được cung cấp một vài phút để trở nên ổn định, do sự thay đổi nhiệt độ, ngay sau khi điện áp cung cấp được bật ban đầu.

Khi Theremin được cung cấp năng lượng và ngay lập tức về 0, nó có thể sẽ khiến quá trình điều chỉnh bị trôi và yêu cầu hiệu chuẩn lại nhiều lần.

Biện pháp khắc phục hiệu quả nhất là tắt hoàn toàn nguồn điện sử dụng điều khiển LEVEL và cho Theremin vài phút hoặc lâu hơn để khởi động trước khi hiệu chỉnh điều khiển ZERO.

Phần kết luận

Theremin hoạt động tự nhiên với các hiệu ứng âm thanh đặc biệt.

Bàn đạp âm lượng cho phép bạn mang lại sự năng động và tạo ra các âm thanh mờ dần và gần như bất kỳ thiết bị mặt đất nào dành cho nghệ sĩ guitar hoặc bộ tổng hợp có thể thay đổi một vài yếu tố của chất lượng âm thanh.

Âm thanh thanh tao của Theremin thực hiện tuyệt vời bằng cách sử dụng các cải tiến về độ vang và độ trễ.

Bất kể Theremin được sử dụng như một máy tạo hiệu ứng đặc biệt cho các nhóm nhạc rock hay tổ chức rạp chiếu phim, hay chỉ đơn giản là để làm phong phú thêm lễ Halloween trong tương lai của bạn, bạn sẽ phát hiện ra rằng tiện ích này có thể cung cấp cho bạn rất nhiều hiệu ứng âm thanh độc đáo bằng cách sử dụng chi phí cực kỳ khiêm tốn về mặt về thời gian hoặc tiền bạc.

Theremin không chỉ hấp dẫn và nhiều thông tin, mà còn rất thú vị!

Danh sách các bộ phận

C1, C2 - 51pF, tụ điện mica bạc
Tụ điện C3 - 1nF, 25-WVDC
C4 - 220pF, tụ điện 25-WVDC
R1 - 1M, 1/4 -watt. 5% điện trở
R2, R3 -100k, 1/4 -watt, 5% điện trở
R4 -10k, chiết áp tuyến tính
R5 -10k, chiết áp âm thanh
R6 - 47-ohm, 1/4-watt, 5% điện trở
U1 - IC 4069 hoặc IC 74C04 Bộ đệm / biến tần CMOS hex, mạch tích hợp
Vòng lặp khóa pha U2 - IC 4046, mạch tích hợp

CÁC BỘ PHẬN VÀ VẬT LIỆU BỔ SUNG
Vật liệu mạch điện hoặc bo mạch được in, vỏ nhôm ăng ten thay thế đa năng, ổ cắm IC, pin bán dẫn 9 -volt -radio, kẹp pin 9 -volt, dây, vật hàn, phần cứng, giải pháp khắc (nếu cần), v.v.