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Circuito Digital Theremin – Faça música com as mãos

Batizado com o nome de seu criador, o terim originou-se na União Soviética no início da década de 1920. Este é composto por 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 e o tom e do sinal musical de saída. O operador apenas tinha que acenar com os braços perto das antenas para gerar um tom musical correspondentemente variável!

Contribuição de Ragini Sharma

Aplicações iniciais

A aplicação mais significativa do theremin tem sido em uma variedade incontável de filmes de terror de baixo orçamento. Os ruídos assustadores ouvidos nesses filmes durante muitas ações foram realmente criados a partir de um dispositivo theremin.

Da mesma forma, eles também têm sido usados ​​em muitos shows de música pop e rock. Embora o primeiro theremin tenha feito 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?

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

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

Neste circuito, os tubos e circuitos LC são realmente alterados com alguns ICs de baixo custo e prontamente disponíveis, para gerar o Theremin Digital proposto.

Entendendo o diagrama de blocos

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 do corpo do operador.

A frequência gerada pelos dois osciladores é combinada através de um circuito exclusivo chamado 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 em particular está operando em 100 kHz e o segundo em 101 kHz, obteremos uma saída constituindo 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, apenas a diferença de frequência de 1 kHz será audível devido à influência do modulador balanceado conectado antes de um amplificador de áudio.

Como funciona o circuito

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

U1 pode ser um inversor hex CD4069 ou 74C04, é usado como um oscilador de frequência constante fixado em torno de 100 kHz.

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

O CD4046 é uma configuração de loop bloqueado por fase e foi criado inicialmente 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 integrado. A antena cria uma capacitância paralela junto com C2, que permite que a frequência seja alterada em muitos quilohertz quando uma mão humana se aproxima da antena.

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

Se a diferença de frequência for inferior a 15 Hz, está abaixo do limiar de frequência mais baixo da nossa faixa de audição.

Ajustando os dois osciladores para a mesma frequência, o Theremin fica mudo até que o operador ou o artista mova sua mão para perto da antena.

As frequências criadas pelos dois osciladores são combinadas por uma porta OR 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 posteriormente acoplada em CA 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 uma placa de circuito impresso de 2×2 polegadas. Um layout de pista para a placa de circuito impresso de Theremin, conforme mostrado na figura abaixo:

Um aspecto importante é que o Theremin deve ser montado apenas em uma caixa de metal, já que o metal forma uma blindagem que elimina grandemente 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 prateada para resultados ótimos, idealmente com uma tolerância de ± 5%.

Como ambos os chips são CMOS, é altamente recomendável incorporar soquetes IC. Além disso, o layout e a montagem da placa não são críticos.

Uma vez finalizado o projeto, temos que trabalhar com a instalação da antena e sua fixação na placa.

Como a antena é protegida com uma fina camada de cromo, não é possível soldar um fio de forma eficaz à antena por conta própria. Basta conectar um pequeno pedaço de fio a uma das arruelas e prendê-lo a um parafuso de máquina 2-56 e uma antena de parafuso (veja a Figura 5).

Calibração e Teste

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

Aumente o volume lenta e gradualmente com o controle LEVEL. Se tudo funcionar corretamente, você pode conseguir 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, é claro, 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 é implementada com precisão, o Theremin deve ficar 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 o comprimento da antena, a umidade do ar, o tamanho e a vestimenta do operador e a resistência da sola do sapato ao solo podem influenciar para garantir uma alteração nos ajustes do controle ZERO.

Através de alguma prática, o controle ZERO pode ser ajustado adequadamente em questão de segundos.

Por último, deve-se oferecer ao Theremin alguns minutos para se estabilizar, devido às variações de temperatura, logo após a primeira ligação da tensão de alimentação.

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

A solução mais eficaz seria ligar a alimentação usando o controle LEVEL completamente para baixo e fornecer ao Theremin vários minutos para aquecer antes de calibrar o controle ZERO.

Conclusão

O Theremin funciona naturalmente e com efeitos especiais de áudio.

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

O som etéreo do Theremin funciona maravilhosamente usando aprimoramentos de eco e atraso.

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

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

Lista de peças

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

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

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FONTE


Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
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