Терменвокс схема электрическая принципиальная

Терменвокс схема электрическая принципиальная

И. Нечаев. Журнал: «Радио», №10, 1986 год, стр. 49

Вы можете скачать:

В этом году исполняется 65 лет с того дня, когда впервые зазвучал терменвокс – электромузыкальный инструмент, разработанный молодым петроградским физиком Львом Терменом. Этот инструмент необычен тем, что в нем нет клавиатуры, струн или труб, с помощью которых получают звуки нужной тональности. Игра на терменвоксе до сих пор напоминает выступление фокусника-иллюзиониста – самые разнообразные мелодии звучат из громкоговорителя при едва заметных манипуляциях рук вблизи металлического прутка, торчащего из корпуса инструмента.

Современный терменвокс – сложное электронное устройство, повторить его начинающим радиолюбителям не под силу. А вот простой инструмент-игрушку сможет изготовить каждый. О таком терменвоксе, сконструированном курским радиолюбителем Игорем Александровичем Нечаевым, и рассказывается в предлагаемой статье.


Вкладка в журнал "Радио" № 10, 1986

Как и «настоящий» терменвокс, наш простейший инструмент состоит из двух генераторов и смесителя. Частоту одного из генераторов можно изменять своеобразным переменным конденсатором, который образуют рука играющего и металлический штырь, соединенный с частотозадающей цепью генератора. Приближение руки к штырю или удаление от него приводит к изменению суммарной емкости частотозадающей цепи, а значит, частоты генератора. Второй генератор работает на фиксированной частоте.

Сигналы обоих генераторов подаются на смеситель, на выходе которого выделяется сигнал разностной частоты. Он и воспроизводится динамической головкой. В исходном состоянии частоты генераторов равны, звука в головке нет.


Принципиальная схема терменвокса

Принципиальная схема инструмента приведена на 4-й с. вкладки. Собран он на трех интегральных микросхемах. В первом, перестраиваемом генераторе используется микросхема DD1. На элементах DD1.1 и DD1.2 выполнен мультивибратор, а на DD1.3 – развязывающий каскад. Частота колебаний мультивибратора зависит от сопротивления резистора R1, емкости конденсатора C2 и емкости между штырем WA1 и общим проводом инструмента, которую образует поднесенная к штырю рука исполнителя Для получения максимальной чувствительности генератора к емкости штырь-рука частота генератора выбрана сравнительно высокой – сотни килогерц.

Во втором генераторе, с фиксированной частотой, работает микросхема DD2, элементы которой используются так же, как и элементы микросхемы первого генератора. Частоту генерируемых колебаний можно изменять в небольших пределах переменным резистором R2 «Частота».

С выхода каждого генератора сигнал поступает через согласующий каскад на «свой» вход смесителя, выполненного на микросхеме DD3. Если на одном входе сигнал частотой f1, а на другом – f2, на выходе смесителя будут сигналы частотами f1±f2. Причем амплитуда колебаний разностной частоты составит десятые доли и даже единицы вольт, что позволяет обойтись без дополнительного усилителя ЗЧ и подключить к выходу смесителя через конденсатор С4, трансформатор Т1 и переменный резистор R4 («Громкость») динамическую головку ВА1. Колебания же суммарной частоты динамической головкой не воспроизводятся.

Для увеличения громкости звука все логические элементы микросхемы DD3 включены параллельно. Громкость звука можно плавно изменять переменным резистором R4.

Терменвокс питается от источника GB1. Для исключения взаимного влияния генераторов, напряжение на каждый из них подается через RC фильтр. Потребляемый инструментом ток составляет 7…10 мА.

Кроме указанных на схеме, могут быть использованы микросхемы К561ЛЕ5, К561ЛА9, К561ЛЕ10 (DD1 и DD2), К561ЛЕ5, К561ЛЕ6, К561ЛА7, К561ЛА8, К561ЛА9, К561ЛЕ10 (DD3) или аналогичные микросхемы серий К176, К564. Конденсаторы С1–СЗ могут быть КД, КТ, КМ, остальные – К50-6, К53-1. Переменные резисторы – СПО, СП4-1, постоянные – МЛТ-0,125 или другие малогабаритные, выключатель – МТ1, источник питания – батарея «Крона», аккумулятор 7Д-0,1. Трансформатор – выходной от любого малогабаритного транзисторного приемника (используется одна половина первичной обмотки). Динамическая головка – мощностью 0,1–0,25 Вт, например, 0,1 ГД-6, 0,2ГД-1.


Печатная плата терменвокса

Все детали, кроме источника питания, монтируют на печатной плате (см. вкладку) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1…1,5 мм. Она же является и лицевой панелью инструмента. Переменные резисторы и выключатель устанавливают в отверстиях платы, трансформатор и динамическую головку приклеивают. Напротив диффузора головки в плате сверлят отверстия и закрывают их со стороны монтажа неплотной тканью. Выводы деталей припаивают к проводникам платы.

Плату крепят к корпусу в виде коробки размерами 30×75×145 мм, изготовленной из металла. Внутри корпуса размещают батарею питания и подключают ее к плате многожильным монтажным проводом в изоляции. Можно, конечно, использовать для подключения батареи разъем, изготовленный из отслужившей свой срок «Кроны».

Контакт XT1 представляет собой винт М4, пропущенный через отверстие в плате и закрепленный снаружи гайкой. Головка винта должна надежно соединяться с контактной площадкой платы, к которой подпаян конденсатор С1.

Читайте также:  Почему экран телевизора красный

Перед игрой на терменвоксе к винту крепят штырь – отрезок металлической трубки диаметром 6 и длиной 300…500 мм с резьбой на конце.

Если детали исправны и монтаж выполнен без ошибок, терменвокс начинает работать сразу. Пользуются им так. Включив питание, устанавливают резистором R2 так называемые нулевые биения, когда частоты обоих генераторов равны (в динамической головке звука нет). В то же время при поднесении руки к штырю звук должен появляться. Более точной установкой движка резистора R2 добиваются того, чтобы звук появлялся на возможно большем расстоянии между рукой и антенной. Тональность звука должна возрастать, когда руку приближают к штырю. Для повышения чувствительности во время игры одной рукой нужно касаться корпуса инструмента или ручки настройки (она должна быть в этом случае металлической, надежно соединяться с корпусом резистора, а значит, с общим проводом инструмента), а другой подбирать мелодию.

Повысить громкость звучания инструмента можно подключением к выходу смесителя усилителя звуковой частоты, например, радиоприемника или магнитофона.

С. Рюмик. Журнал: «Радиоаматор», №1, 2011 год, стр. 45-49

Вы можете скачать:

В 2011 г. журнал РА начинает новую рубрику под названием «Школа схемотехники». В ней будут публиковаться материалы, посвященные схемотехнике небольших узлов различного назначения. Задача ставится так – научить читателей внимательно анализировать электрические схемы и находить в них самую неожиданную прикладную информацию. В качестве вступительного примера будет рассмотрен известный музыкальный инструмент терменвокс и все, что с ним связано.

В 1919-1920 гг. молодой российский инженер Лев Сергеевич Термен разработал уникальный для того времени бесклавишный и безгрифовый электромузыкальный инструмент (фото 1). Согласно патенту от 1921 г. это был «Музыкальный прибор с катодными лампами», пригодный кстати, выполнять функцию радиосторожа. Журналисты быстро окрестили его «Терменвокс» что означает «голос Термена», взамен оригинального авторского названия «Этерофон».


Ни больше, ни меньше!
(Девиз на старинном гербе рода Терменов)

Терменвокс на полвека опередил электрогитары и синтезаторы. Его появление можно образно сравнить с ситуацией, если бы в 1961 г. изобрели плоский плазменный цветной телевизор или публике показали бы японского робота-андроида, самостоятельно играющего на трубе…


Фото 1. Лев Сергеевич Термен играет на терменвоксе

Первые 500 промышленных терменвоксов AR-1264 (на английский манер «Theremin») были изготовлены в США на фирме RCA в 1930 г. Конструкция, естественно, ламповая, но очень продуманная [1]. В схеме обращает на себя внимание четырехпроводной громкоговоритель (рис. 1), в котором имеется дополнительная обмотка «Field Coil», создающая подмагничивающее поле вместо привычного кольцевого феррита. Кстати, меломаны до сих пор отмечают «другой звук» в старинных динамиках «Field Coil» (фото 2) и пытаются встроить самодельные электромагниты в современные громкоговорители.


Рис. 1. Схема подключения громкоговорителя Field Coil


Фото 2. Старинный динамик Field Coil

Классификация терменвоксов

Можно предложить следующее разделение терменвоксов по типу датчиков:

  • емкостные (внесение емкости тела человека в частотозависимую цепь);
  • оптические (перекрытие рукой светового потока к фотодатчику);
  • сонарные (отражение ультразвуковых волн или инфракрасных лучей от руки);
  • компьютерные (имитация звучания терменвокса мышью, 3D-джойстиком, сенсорными перчатками, регистрация положения рук и других частей тела видеокамерой).

Объединяет все разновидности терменвоксов плавное изменение высоты звука и сложные скоординированные движения руками. Звучание одновременно напоминает голос человека, свист ветра и глиссандо гавайской гитары. Непосвященным же кажется, что это генератор странных акустических эффектов.

Талантливых исполнителей игры на терменвоксе очень мало, причем далеко не все мелодии годятся для оранжировки. Слушать этот инструмент ходят примерно так, как в кунсткамеру на какую-нибудь диковинку. Наиболее удачные композиции доступны в Интернете, среди них выделяется знаменитый «Vocalise» С.Рахманинова [2].

Понимая, что слишком сложные конструкции со стабильными во времени параметрами и ювелирной настройкой заинтересуют лишь немногих читателей, в дальнейшем приоритет будет отдаваться простой схемотехнике «выходного дня». Для желающих углубиться в тему табл.1 с полезной информацией, а также адреса интернет-сайтов на электрических схемах.

Табл. 1.

Интернет-сайты о терменвоксах

История терменвокса, французские корни семьи Терменов

Большие порталы про терменвоксы на английском и русском языках. Много информации, в том числе схемы, программы, статьи, музыка, видео

Видеоурок игры на терменвоксе от Thomas Grillo

Подборка электрических схем для терменвоксов

Образцы внешнего вида самодельных терменвоксов

Терменвокс глазами хакера

Ссылки на зарубежные сайты по терменвоксам

Кольцо сайтов, посвященных терменвоксам (веб-ринг)

Терменвокс в МФТИ

Емкостные терменвоксы

Емкостные терменвоксы (рис.2) состоят из двух антенн WA1, WA2, двух ВЧ-генераторов G1, G2, смесителя, модулятора и УНЧ. К штыревой антенне WA1 музыкант приближает правую руку, чем изменяет частоту генерации «f1». К петлевой антенне WA2 музыкант приближает левую руку, чем изменяет амплитуду сигнала в модуляторе. Разностная частота «f1-f2» должна попадать в звуковой диапазон, для чего опорный генератор G2 подстраивается переменным резистором R1. Выходной сигнал поступает на УНЧ, нагруженный на динамик, из которого, собственно, и слышится мелодия.

Читайте также:  Смарт карта контур драйвер

Рис. 2. Схема емкостного терменвокса

Емкостные терменвоксы делятся на две большие группы:

  • классические бесконтактные, собранные по схеме рис.2 и требующие от исполнителя умения синхронно манипулировать двумя руками при игре стоя;
  • модифицированные контактные, у которых вместо антенны WA2 используется кнопочный манипулятор и ножная педаль для управления громкостью и тембром звука при игре сидя (система К. Ковальского).

Упрощенные модели терменвоксов могут служить хорошим подспорьем для развития у детей музыкального слуха и точной координации движений. Представьте, если заботливый папа сделает своими руками игрушку-терменвокс и разучит несколько пассажей, то в глазах у любимого чада он станет настоящим волшебником на уровне Гарри Поттера (фото 3).


Фото. 3. Девочка Janneke за терменвоксом
(Janneke | http://www.thereminworld.com/article/14272/view)

Из множества схем емкостных терменвоксов особый интерес представляют модели, имеющие стабилизацию по частоте (рис.З) и по напряжению питания (рис.4). Антенны применяют телескопические или в виде широкой металлической пластины. Схема, изображенная на рис.З, отличается от оригинала [3] тем, что в ней исправлена ошибка в полярности включения светодиодов HL1, HL2 и добавлены поясняющие надписи. В схеме на рис.4 частоту опорного генератора регулирует именно резистор RV2, поскольку резистор RV1 в гораздо большей степени подвержен влиянию емкости, вносимой телом человека.


Рис. 3. Терменвокс со стабилизацией по частоте


Рис. 4. Терменвокс со стабилизацией по напряжению питания


Рис. 4. Таже схема с сайта
http://harrisoninstruments.com/101/101_schematic.html

Оптические терменвоксы

Оптические терменвоксы (рис.5) формируют звук при помощи генератора G1, частота которого зависит от сопротивления фоторезистора R1. Свет от внешнего источника (солнца, лампы накаливания, светодиода) направляется перпендикулярно поверхности фоторезистора (фотодиода, фототранзистора). Музыкант одной рукой плавно закрывает доступ света, при этом увеличивается сопротивление R1 и изменяется частота звукового генератора G1. Второй рукой музыкант периодически нажимает на кнопку SB1, делая паузы звука и создавая ритмический рисунок композиции в стиле «стакатто».


Рис. 5. Оптический терменвокс

Оптические терменвоксы, как ни парадоксально, стали настоящей находкой для современных ди-джеев на дискотеках. Стоимость конструкции – копейки, а полет фантазии «космической музыки» неограниченный. Чтобы проникнуться идеей, достаточно посмотреть видеоролик Michael Una (http://una-love.com/munablog/2010/01/22/deluxe-beep-it/).

Коллекция схем оптических терменвоксов представлена на рис.6…рис.10. Родоначальником их считается базовая конструкция на таймере серии 555, разработанная Forrest Mims III в 1976 г. (рис.6). В отечественной литературе за подобными устройствами закрепилось название «светофон» [4].


Рис. 6. Схема оптического терменвокса на таймере серии 555
(http://library.thinkquest.org/16497/gather/cgi-bin/projects/1.gif)


Рис. 6. Таже схема с сайта
http://library.thinkquest.org/16497/gather/cgi-bin/projects/1.gif


Рис. 7. Схема оптического терменвокса Forrest Mims III
(http://cogulus.com/blog/archives/r/Radio-Shack-Photo-Theremin-109.php)


Рис. 8. Схема оптического терменвокса на микросхеме LM3909
(tribes.tribe.net/bosd/photos/. )


Рис. 9. Схема оптического терменвокса на триггеррах Шмитта
(http://mechatronicart.ch/diymakeaway/micro-noise)


Рис. 9. Оригинал схемы с сайта
http://mechatronicart.ch/diymakeaway/micro-noise


Рис. 10. Схема оптического терменвокса на микросхеме 4069 (K561ПУ7)
(http://sentex.net/


Рис. 10. Оригинал схемы с сайта
http://sentex.net/

Фоторезисторы можно использовать СФ2-5, СФ2-6, ФС-К1 или импортные с ключевыми словами Cadmium Sulfide Photoresistor.

Фотодатчиков в терменвоксе может быть несколько. В одних случаях они включаются последовательно с целью повышения чувствительности, в других – служат отдельными каналами для регулирования громкости и тембра.

Сонарные терменвоксы

Сонарные терменвоксы (рис.11) состоят из передатчика А1, приемника А2, управляющего микроконтроллера МК и УНЧ. Фактически это автономный измеритель расстояния до препятствия, которым является рука музыканта. Чем меньше/больше расстояние, тем ниже/выше звук, формируемый МК. Для управления тембром и громкостью звука к МК могут подключаться дополнительные датчики, сенсоры, педали.


Рис. 11. Сонарный терменвокс

Передатчики и приемники по принципу действия могут быть как ультразвуковые, так и инфракрасные. Обычно это покупные промышленные модули дальномеров, не требующие настройки, с гарантированной точностью измерения расстояний от единиц сантиметров до единиц метров.

Преимущества сонарных терменвоксов – отсутствие радиоизлучения, высокая помехоустойчивость, хорошая стабильность и повторяемость параметров, компактность конструкции.


Рис. 12. Инфракрасный терменвокс
(http://homepage2.nifty.com/denshiken/AVRO17.html)

Простейший «инфракрасный» терменвокс (рис.12) может быть собран на малогабаритном МК ATtiny45 (http://homepage2.nifty.com/denshiken/AVRO17.html). Используется покупной сонарный блок А1 фирмы Sharp (фото 4). Его выходной сигнал в аналоговой форме выдает информацию о дальности до препятствия, соответственно, +0,4…+3,1 В для расстояний 80…10 см. Если препятствием будет служить рука человека, то появляется возможность формирования на выходе МК пропорционального звукового сигнала, градуированного по нотам.

Читайте также:  Как вставить общее количество страниц в ворде


Фото 4. Инфрокрасный терменвокс и сонарный блок GP2Y0A21YK фирмы Sharp

Важный нюанс. Существуют сонары фирмы Sharp не только с аналоговым, но и цифровым выходом. Разница заключается лишь в одной букве названия GP2Y0D21YK, что надо учитывать при покупке.

Компьютерные терменвоксы

Компьютерные терменвоксы представляют собой симбиоз датчика движения и персонального компьютера. Датчиками могут служить стандартные компьютерные аксессуары, подключаемые к портам СОМ, PS/2, USB. В частности, можно задействовать «мышь» [5] для извлечения «внеземного» звука, разного по частоте, амплитуде, тембру при движении курсора по вертикали и горизонтали (рис. 13, «Theremin Simulator V1.5», автор – Jim Spinner, 2004). Перспективно также применение сенсорных перчаток и танцевальных падов, при этом звук можно сделать полифоническим, с добавлением фоновых мелодий, караоке и т.д.


Рис. 13. Theremin Simulator V1.5

«Ультразвуковой» Терменвокс, не требующий умения владеть паяльником, предложил голландец «Zevv» (http://zevv.nl/play/code/ultrasonic-theremin/). Он использовал ноутбук Dell Latitude D830, в который встроен динамик и микрофон. Динамик периодически излучает сигнал на ультразвуковой частоте 88,2 кГц, микрофон принимает этот сигнал, а программа в ноутбуке рассчитывает задержку времени отражения волн от руки и формирует через тот же динамик изменяющийся звук в слышимом диапазоне.


Рис. 13. Терменвокс на базе компьютера с видеокамерой

Наиболее интеллектуальные терменвоксы содержат видеокамеру (рис. 14). Управляющая компьютерная программа по специальному алгоритму следит за изменением освещенности в нескольких областях изображения монитора. Например, на фото 5 это делается в трех квадратах, отвечающих соответственно за движения обеих рук и мимику лица. В зависимости от пропорций белых и черных пикселей в наблюдаемых областях на динамик ВА1 через звуковую карту компьютера выдается разновысотный звук.


Фото 5. Виртуальный терменвокс
( Edward Squires | http://homepages.ihug.com.au/

Интересная идея озвучена на сайте http://oleg-bondarenko.livejournal.com/50972.html, где для формирования звуковой картины предлагается использовать самодельный «сенсорный стол» с подсветкой и веб-камеру, подключенную к компьютеру.


Фото 6. Подобие терменвокса на двух iPhone
(https://www.youtube.com/watch?v=glAbrRgJI6o)

К разряду компьютерных можно отнести терменвоксы на базе мобильных телефонов, которые имеют сенсорные экраны, например, NokiaN900 (http://forum.maemoworld.ru/viewtopic.php?pid=111#р111). В 2010 г. было анонсировано приложение «n-forcer», превращающее два iPhone в подобие терменвокса. Видеоролик (фото 6) показывает, насколько красивым и мощным может быть синтезированое звучание, да еще и с цветомузыкой.

С.М. Рюмик,
г. Чернигов

Иногда терменвоксы делают с использованием ультразвуковых датчиков или ИК LED, для того чтобы менять звучание согласно расстоянию до рук, но настоящий терменвокс — это емкостная аппаратура. Поэтому здесь мы попробуем построить термен на современной элементарной базе — контроллере ATtiny85. Такой терменвокс работает с использованием емкости антенны в цепи генератора, на очень высоких частотах, поскольку емкости рук малы. Затем они складываются с фиксированной частотой генератора, чтобы получить разницу (биения), проявляющуюся в виде звуковой частоты.

Схема терменвокса

Терменвокс, показанный на схеме выше, имеет только один компонент! Сам контроллер ATtiny85 и вспомогательные элементы — стабилизатор, конденсатор, провода и макетная плата. Красный и черный — питание, зеленый — аудио, и медные провода антенны.

Есть несколько моментов, которые стоит отметить. Во-первых, производительность лучше, когда вы носите ремешок ( желтый провод). Это не очень удобно, хотя существуют коммерческие терменвоксы, где тоже нужен ремешок на запястье.

Диапазон частот программируется (т. е. можно прошить hex файл, чтобы изменить его) и с исходными данными работает примерно на 15 сантиметров от антенны. Перекрывается примерно две октавы. А когда вы касаетесь его — просто пищит.

Как это работает?

Когда рука приближается к антенне, значение АЦП идет вверх. Происходит измерением емкости, схема меняет частоту и выдаёт разницу относительно гетеродина, которая поступает как звуковой сигнал (несколько кГц) на аудио выход. Емкость измеряется с высокой скоростью, в среднем несколько сотен раз в секунду, чтобы получить подходящее значение.

Питается терменвокс от 9В батареи. Дальше напряжение проходит через линейный стабилизатор на 5В — это 78L05 в обычном К-92 пакете. Конденсатор на выходе нужен для фильтрации ВЧ.

Для подключения антенны сделаны маленькие хомуты. Была идея поставить маленькие телескопические антенны, которые используют в 433 МГц пультах беспроводных переключателей, но медные провода лучше в плане настройки конфигурации. О том как пользоваться этим прибором смотрите на видеоролике:

Видео

Ссылка на основную публикацию
Схема монитора lg w2042s
Проблема аналог этой темы http://monitor.espec.ws/section33/topic190988.htmlВопрос всего один. Номиналы электролитов ставить лучше в точности как родные ? Или взять с большим...
Стабилизированная платформа отражатель fallout 4 как подключить
При прохождении задания «Молекулярный уровень» нужно будет сделать перехватчик, а также провести питание для его включения. Используя данную статью вы...
Ставлю лайк а он исчезает вк
я чистила кэш и куки.Переустанавливала браузер,ничего не помогает. постоянно выдает какую то ошибку, все говорят подождать пару часов и все...
Таймер обратного отсчета на весь экран
Выберите часы, минуты и секунды для онлайн таймера и запустите его. Или установите дату и время таймера, до которого (или...
Adblock detector