Circuito digital Theremin: haz música con tus manos

Circuito digital Theremin: haz música con tus manos

El nombre de su creador, el theremin se originó en la Unión Soviética a principios de la década de 1920. Este compuesto por un contenedor instalado con un par de antenas. No tenía ningún teclado para tocar, ni cuerdas como en las guitarras. Más bien, el theremin hizo uso de la capacitancia del cuerpo humano para manipular el volumen y el tono y de la señal musical de salida. El operador solo tuvo que mover sus brazos cerca de las antenas para generar un tono musical correspondientemente variable.

Contribuido por Ragini Sharma

Aplicaciones tempranas

La aplicación más significativa del theremin ha sido en una variedad incontable de películas de terror de bajo presupuesto. Los espeluznantes ruidos de paseo que se escuchan en esas películas durante muchas acciones en realidad se crearon desde un dispositivo theremin.



Asimismo, también se han utilizado en multitud de conciertos de música pop y rock. Aunque el primer theremin hizo uso de un par de antenas y una variedad de tuberías y circuitos sintonizados, reemplazarlos con circuitos integrados modernos hace que el trabajo sea drásticamente más simple.

¿Cuanto costara?

En esta publicación, aprenderemos el desarrollo de un theremin sencillo con componentes que pueden valer menos de $ 5. Los entusiastas de la electrónica que tengan una caja de basura llena de componentes podrían lograr hacer el trabajo posiblemente a un costo menor.

El theremin se ensambla y aplica sin esfuerzo, incluso por personas sin calificaciones musicales. Además de eso, el theremin podría ser muy divertido, ¡especialmente en las celebraciones de Halloween!

En este circuito, las tuberías y los circuitos LC se cambian realmente con un par de circuitos integrados de bajo costo y fácilmente disponibles, para generar el Theremin digital propuesto.

Comprender el diagrama de bloques

Un diagrama de bloques del circuito se puede encontrar a continuación en la Fig.1.

El Theremin funciona con un conjunto de dos osciladores de alta frecuencia para su funcionamiento. Uno de estos osciladores funciona con una frecuencia constante, mientras que el otro es variable a través de la capacidad del cuerpo del operador.

La frecuencia generada por los dos osciladores se combina a través de un circuito exclusivo llamado modulador balanceado.

El modulador balanceado atenúa las señales iniciales y genera una transmisión complicada que incluye la suma y la diferencia de frecuencias en las dos entradas.

Cuando un oscilador en particular funciona a 100 kHz y el segundo a 101 kHz, obtendremos una salida que constituye un par de frecuencias a 201 kHz y 1 kHz.

Debido a que el rango más alto de capacidad auditiva humana está restringido a 20 kHz aproximadamente como máximo, solo la frecuencia de diferencia de 1 kHz será audible debido a la influencia del modulador balanceado conectado antes de un amplificador de audio.

Cómo funciona el circuito

La imagen esquemática de nuestro Theremin digital se muestra en la figura anterior.

U1 podría ser un inversor hexagonal CD4069 o 74C04, se usa como un oscilador de frecuencia constante fijo alrededor de 100 kHz.

IC U2 incluye el oscilador de frecuencia variable y el modulador balanceado para lograr la porción restante del circuito.

El CD4046 es una configuración de bucle de bloqueo de fase y se creó inicialmente para aplicaciones de tipo multiplicador de frecuencia. Sin embargo, sus componentes cumplen perfectamente con nuestros requisitos.

R3, R4. y C2 establecen la frecuencia central del chip oscilador integrado. La antena crea una capacitancia paralela junto con C2, que permite que la frecuencia cambie muchos kilohercios cuando una mano humana se acerca a la antena.

El resistor de control CERO implementado por R4, hace posible que el oscilador variable se fije a la frecuencia idéntica igual al oscilador fijo.

Si la diferencia de frecuencia es inferior a 15 Hz, está por debajo del umbral de frecuencia inferior de nuestro rango de audición.

Al ajustar los dos osciladores para una frecuencia idéntica, el Theremin permanece en silencio hasta que el operador o el ejecutante mueva su mano cerca de la antena.

Las frecuencias creadas por los dos osciladores se combinan mediante una puerta OR exclusiva dentro del IC 4046.

Esta puerta funciona como un modulador balanceado digital, que crea las frecuencias de suma y diferencia como se discutió anteriormente. La salida de la puerta OR se acopla posteriormente en CA a través de C3 con la resistencia de control LEVEL R5 y un conector de salida para una integración rápida con un amplificador de audio externo. Se puede utilizar una batería PP3 de 9 V para alimentar el circuito.

Diseños de PCB

Es un circuito simple y se puede ensamblar con una PCB de 2x2 pulgadas. Un diseño de pista para la placa de circuito impreso de Theremin como se muestra en la siguiente figura:

Un aspecto importante es que el Theremin debe montarse únicamente en una caja de metal, ya que el metal forma un escudo que elimina en gran medida la posibilidad de que los osciladores cambien de frecuencia.

Tener la caja de metal permite que el theremin sea mucho más sencillo de calibrar.

C1 y C2 deben ser condensadores de mica plateada para obtener resultados óptimos, idealmente con una tolerancia de ± 5%.

Dado que ambos chips son CMOS, se recomienda encarecidamente incorporar tomas IC. Aparte de eso, el diseño y el montaje de la placa no son críticos.

Una vez finalizado el proyecto, tenemos que trabajar con la instalación de la antena y su fijación a la placa.

Debido a que la antena está protegida con una fina capa de cromo, no es posible soldar un cable de manera efectiva a la antena por sí solo. Simplemente conecte un pequeño trozo de cable a una de las arandelas y fíjelo a un tornillo de máquina 2-56 y una antena de perno (consulte la Figura 5).

Calibración y prueba

Una vez completado el ensamblaje, verifique de cerca el Theremin para detectar defectos en las interconexiones, juntas de soldadura débiles y otros posibles problemas. Si todo parece perfecto, conecte el Theremin con un cable a un amplificador de audio, agregue una batería al dispositivo y enciéndalo.

Aumente el volumen lenta y gradualmente con el control LEVEL. Si todo funciona correctamente, es posible que tenga éxito al escuchar un chillido agudo. Ahora, agitar la mano cerca de la antena debería aumentar el tono del sonido. Intente aumentar la longitud de la antena a su capacidad máxima y ajuste la perilla de control ZERO para identificar un punto óptimo donde se observe una zona muerta o un punto nulo hasta que, por supuesto, su mano se acerque a la antena.

Resolución de problemas del circuito

En caso de que el chillido no llegue a ningún punto sintonizado, intente acortar la antena unos centímetros y vuelva a intentarlo.

Una vez que la configuración se haya implementado con precisión, el Theremin debe mantenerse en silencio hasta que el operador agite sus manos a unos centímetros de la antena.

Puede encontrarse con numerosos aspectos que influyen en la capacitancia del cuerpo humano, y todos estos podrían afectar el nivel de eficiencia del Theremin.

Aspectos como la longitud de la antena, la humedad del aire, el tamaño y la vestimenta del operador, y la resistencia de la suela del zapato al suelo podrían influir para justificar una alteración en los ajustes de control CERO.

Con algo de práctica, el control ZERO se puede configurar de forma adecuada en cuestión de segundos.

Por último, se debe ofrecer al Theremin unos minutos para que se estabilice, debido a las variaciones de temperatura, poco después de que se encienda inicialmente la tensión de alimentación.

Cuando el Theremin se energiza y de inmediato se pone a cero, es probable que la sintonización se desvíe y exija una recalibración repetidamente.

El remedio más efectivo sería encender la unidad usando el control LEVEL completamente y dejar que el Theremin se caliente unos minutos antes de calibrar el control ZERO.

Conclusión

El Theremin funciona de forma natural y con efectos de audio especiales.

Un pedal de volumen le permite traer dinámica e introducir desvanecimientos, y casi cualquier dispositivo de tierra para guitarristas o sintetizadores puede alterar algunos elementos de la calidad del sonido.

El sonido etéreo del Theremin funciona maravillosamente usando mejoras de eco y retardo.

Independientemente de si el Theremin se emplea como un generador de efectos especiales para grupos de rock u organizaciones de cine, o simplemente para enriquecer su futura celebración de Halloween, descubrirá que este dispositivo puede proporcionarle muchos efectos de sonido poco convencionales con un gasto increíblemente humilde en términos de tiempo o dinero.

El Theremin no solo es fascinante e informativo, ¡es realmente muy divertido!

Lista de partes

C1, C2 - 51pF, condensador de mica plateado
C3 - Condensador electrolítico de 1 nF, 25 WVCC
C4 - Condensador electrolítico de 220pF, 25 WVCC
R1 - 1 M, 1/4 vatios. 5% de resistencia
R2, R3 -100k, 1/4 vatios, 5% de resistencia
R4 -10k, potenciómetro lineal
R5 -10k, potenciómetro de audio
R6 - 47 ohmios, 1/4 vatios, 5% de resistencia
U1 - IC 4069 o IC 74C04 CMOS inversor / búfer hexagonal, circuito integrado
U2 - IC 4046 bucle de bloqueo de fase, circuito integrado

PIEZAS Y MATERIALES ADICIONALES
Circuito impreso o materiales de placa, carcasa de aluminio de repuesto para antena de uso general, enchufes IC, transistor de 9 voltios, batería de radio, clip de batería de 9 voltios, cable, soldadura, hardware, solución de grabado (si es necesario), etc.




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