Digital Theremin: Instrument musical sense tacte: 4 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

En aquest experiment amb Electrònica Digital, us mostraré com generar música (a prop seu: P) sense tocar l'instrument musical, mitjançant oscil·ladors i amplificador operatiu. Bàsicament aquest instrument es diu Theremin, construït originalment mitjançant dispositius analògics per un científic rus Léon Theremin. Però ho dissenyarem amb IC que generin senyals digitals i, posteriorment, els convertirem en analògics per a la música. Intentaré explicar també totes les etapes del circuit. Espero que us encantarà aquesta implementació pràctica del que heu estudiat a la vostra universitat.

També he dissenyat aquest circuit a www.tinkercad.com i he realitzat la seva simulació de components. Podeu provar-ho i manipular-lo com vulgueu, perquè no hi ha res a perdre, només Learning & Fun!

Pas 1: components

Aquí teniu la llista de tots els components essencials necessaris per construir aquest circuit:

1) MCP602 OpAmp (amplificador diferencial) x1

2) CD4093 IC (4 portes NAND IC) x1

3) Resistències: 6x 10k, 1x 5,1k, 1x6,8k i 1x 1,5k

4) Potenciòmetre: 2x 10k Pot

5) Condensadors: 2x 100pF, 1x 1nF i 1x 4.7µF Capacitor (electrolític)

6) Tauler de pa / tauler de PCB

7) Antena telescòpica (requeriment mínim: 6 mm de diàmetre i 40 cm de longitud) O és millor utilitzar tub de coure amb les dimensions indicades per obtenir una millor sensibilitat

8) Presa d'alimentació CC (5,5 mmx2,1 mm) i presa d'àudio (3,5 mm)

9) Altres components, com ara filferro i peces de soldadura

Nota: Podeu trobar tots aquests components fàcilment en una barraja de ràdio o en línia a Amazon / eBay. Tingueu en compte també que al circuit de tinkercad, les portes op-amp i Nand són diferents, però també funcionaran. Tot i així, si trobeu alguna dificultat per aconseguir algun component, feu-m'ho saber.

Pas 2: entenem el funcionament del circuit

A la part superior podeu trobar la imatge del disseny del circuit com a referència.

Funcionament: bàsicament, Theremin funciona amb el principi que generem dos senyals oscil·latoris (ona sinusoïdal en analògic) a partir de dos oscil·ladors diferents: 1) Un és un oscil·lador fix 2) El segon és un oscil·lador variable. I bàsicament prenem la diferència d’aquests dos senyals de freqüència per obtenir els senyals de sortida en el rang de freqüències audibles (2Hz-20kHz).

* Com estem?

Com podeu veure, a sota del circuit de la porta NAND (U2B) hi ha un oscil·lador fix i el circuit de la porta NAND (U1B) anterior és un circuit d’oscil·lador variable, la freqüència general de la qual varia lleugerament amb el moviment de la mà al voltant de l’antena. (Com?)

* Com canvia la freqüència de l’oscil·lador el moviment de les mans al voltant de l’antena?

Explicació: en realitat, l'antena està connectada en paral·lel amb el condensador C1 aquí. L’antena actua com una de la placa del condensador i la nostra mà actua com l’altre costat de la placa del condensador (que està connectada a terra pel nostre cos). Per tant, bàsicament estem completant el circuit capacitiu addicional (paral·lel) i, per tant, afegint capacitat global al circuit. (Perquè s’afegeixen condensadors en paral·lel).

* Com es generen les oscil·lacions mitjançant NAND Gate?

Explicació: inicialment, una de les entrades de la porta NAND (prenem U2B per exemple) es troba en el nivell HIGH (1) i l’altra entrada està connectada a terra mitjançant C2 (és a dir, 0). I per a la combinació (1 i 0) a NAND GATE, obtenim la sortida HIGH (1).

Ara, quan la sortida és ALTA, a través de la xarxa de retroalimentació des de la sortida (a través de R3 i R10) obtenim un valor ALTA al port d'entrada prèviament connectat a terra. Per tant, aquí teniu el que és real. Després del senyal de retroalimentació, el condensador C2 es carrega a través de R3 i després obtenim les dues entrades de la porta NAND a HIGH LEVEL (1 & 1), i la sortida de les dues entrades lògiques HIGH és LOW (0). Per tant, ara el condensador C2 es descarrega una i altra vegada el de l'entrada de NAND Gate es fa BAIX. Per tant, aquest cicle es repeteix i obtenim les oscil·lacions. Podem controlar la freqüència de l’oscil·lador canviant el valor de la resistència i del condensador (C2) perquè el temps de càrrega del condensador variarà segons la capacitat diferent i, per tant, la freqüència d’oscil·lació variarà. Així és com obtenim l’oscil·lador.

* Com obtenim la freqüència musical (sonora) dels senyals d'alta freqüència?

Per obtenir un rang de freqüència audible, restem els dos senyals de freqüència els uns dels altres per obtenir senyals de freqüència més baixes que es trobin dins del rang audible. Aquí estem fent servir Op-amp com a l’amplificador diferencial. Bàsicament en aquesta etapa, resta les dues senyals d'entrada per donar el senyal de diferència amplificada (f1 - f2). Així obtenim una freqüència sonora. Encara per filtrar els senyals no desitjats, fem servir un filtre de pas BAIX per filtrar el soroll.

Nota: El senyal de sortida que obtenim aquí és molt feble, per tant, necessitem amplificador addicional per amplificar el senyal. Podeu dissenyar el vostre propi circuit d'amplificador o simplement alimentar el senyal d'aquest circuit a qualsevol amplificador.

Espero que hagueu entès el funcionament d’aquest circuit. Encara teniu dubtes? No dubteu a preguntar en qualsevol moment.

Pas 3: Dissenyeu el circuit

Si us plau, primer dissenyeu primer tot el circuit a la taula de verificació i comproveu-lo. Llavors només dissenyeu-lo al PCB amb la soldadura adequada.

Nota 1: es tracta d'un circuit d'alta freqüència, per tant, és recomanable mantenir els components el més a prop possible.

Nota 2: utilitzeu només font d'alimentació de +5 V CC (no superior), a causa de restriccions de voltatge IC.

Nota 3: L'antena és molt crucial en aquest circuit, per tant, seguiu totes les instruccions estrictament.

Pas 4: treball de circuits i simulació de programari

Consulteu la simulació del circuit i el seu vídeo.

He afegit el fitxer Multisim Circuit, que podeu executar directament el circuit amb això i dissenyar el vostre propi i fer manipulacions.

Hola, també he afegit l'enllaç del circuit Tinkercad (www.tinkercad.com/), allà podeu dissenyar el vostre circuit O manipular el meu circuit també i realitzar simulacions de circuits també. Tot el millor amb aprendre i jugar-hi.

Enllaç del circuit de Tinkercad:

Espero que us hagi agradat. Intentaré millorar-lo encara més i afegiré aviat la seva versió analògica i basada en microcontrolador (mitjançant VCO), que tindrà una millor resposta lineal als moviments de gest de la mà sobre l’antena. Fins llavors, gaudeix jugant amb aquest teremin.

Actualització: nois, també he dissenyat aquest altre theremin amb LDR & 555