Index Documenti Synth Chitarre Organi Download News
 
Costruzione Theremin - il circuito di Suono Elettronico - Thereminator
 

Suono Elettronico presenta lo schema di un semplice circuito elettronico per costruire un Theremin fai da te, utilizzando componenti elettronici economici e di facile reperibilità.

Il circuito realizza un Theremin con una sola antenna, che varia solo la frequenza del suono, proponendo il concetto basico di Theremin.

Anche se non ha le qualità dei Theremin più costosi e complessi, è molto economico, relativamente facile da realizzare e sufficientemente sensibile e stabile per suonare una simil melodia, e funziona !

Il circuito è stato testato, e montato su basetta preforata.

Si può vedere il video del circuito test nel link riportato in basso.

Principio di funzionamento del Theremin

Ma come funziona il Theremin ?
Se si miscelano insieme i suoni generati da due oscillatori, si otterranno in uscita diverse frequenze ottenute dalla somma e dalla differenza dalle frequenze degli oscillatori miscelati (il principio per cui miscelendo due segnali si ricava un terzo segnale è chiamato heterodyning).

Quando si muove la mano in vicinanza dell'antenna si cambia la frequenza di uno dei due oscillatori.

Nell'oscillatore , la frequenza è determinata dal valore della resistenza (R), e dal valore di un condensatore (C).

Se si connette un'antenna al condensatore, l'antenna funzionerà come una carica un'extra al condensatore, e quindi andrà a variare la frequenza dell'oscillatore.

Muovendo le mani intorno all'antenna si varierà quindi la capacitanza del condensatore, e con essa la frequenza

dell'oscillatore.

Questi cambi di capacità indotti dalla mano sono comunque molto piccoli, meno dell' uno percento (1%).

Se l'oscillatore è da 1 KHZ, la variazione di frequenza sarà di solo 10 HZ.

Invece con un oscillatore a 500 KHZ la variazione del 1 % è di 5000 Hertz.

Quindi se misceliamo un oscillatore che produce una frequenza fissa di 500 KHZ, con un'altro variabile dall'antenna a 505 KHZ, otterremmo un segnale audio che va da 0 a 5000 Hz, consentendo quindi di produrre suoni che coprono un'estensione tra le 3 e le 5 ottave musicali.

E' per questo motivo che nel Theremin si usano due oscillatori ad altissima frequenza.

I suoni prodotti dagli oscillatori sono in una gamma di frequenze non udibili dall'orecchio umano, mentre la frequenza generata dalle differenza delle frequenze rientra nella gamme delle frequenze udibili dall'essere umano.

Presentazione del circuito

Sono tantissimi alla ricerca di uno schema elettrico semplice ed economico per costruire un Theremin con cui sperimentare.

Suono Elettronico per proporre un circuito di Theremin funzionante e semplice, ha realizzato 3 differenti progetti di Theremin, montati tramite schemi elettrici trovati in internet, tutti utilizzavano circuiti integrati per realizzare gli oscillatori, ma alla fine del montaggio nessuno risultava funzionante.

In tutti il problema era l'errato valore dei componenti delle reti RC che generano le frequenze degli oscillatori.

Lo schema proposto denominato Thereminator è stato trovato sul web (origine sconosciuta) e modificato da Suono Elettronico per renderlo perfettamente funzionante.

Il costo di realizzazione è davvero basso vista l'eseguità dei componenti.

Anche il montaggio del circuito su basetta preforata è abbastanza semplice.

Buon lavoro !


Spiegazione tecnica e schema elettrico

Circuito ThereminPer la realizzazione dei due oscillatori sono stati utilizzati due circuiti integrati, un hex inverter (IC2 – 4069) e un PLL (IC1 - 4046) .

Il 4069 IC2 è l'oscillatore fisso del Theremin.

Il dispositivo CD 4069 (IC2) è composto da sei circuiti inverter CMOS (Complimentary Symmetry Metal Oxide emiconductor), tipicamente utilizzati nei circuiti digitali per eseguire una funzione logica chiamata "inversione".

Ogni IC contiene sei sezioni identiche; da qui il termine "inverter esadecimale".

Il 4069 viene normalmente utilizzato per invertire i segnali posti al suo ingresso, e tramite l’applicazione di un piccolo circuito RC ai suoi ingressi otteniamo un oscillatore a frequenza fissa.

La frequenza di uscita dell’oscillatore fisso è intorno ai 70 KHz

Quando il Theremin non produce suoni, con la mano più lontana dall'antenna, significa che la frequenza dell'oscillatore fisso è uguale alla frequenza dell'oscillatore variabile.

In queste condizioni, la relazione di fase dei due oscillatori sarà costante a causa del loro piccolo, ma finito accoppiamento capacitivo, quindi non verrà prodotto alcun suono udibile.

La sezione intorno al PLL 4046 (IC1) forma l'oscillatore variabile del Theremin.

La maggior parte dei circuiti Theremin realizzati con componenti discreti che trovate in internet sono solitamente basati su due oscillatori realizzati entrambi con il CD 4096 o similari in circuito RC, dove la taratura della frequenza dell’oscillatore variabile si fa tramite trimmer e potenziometro per lo 0.

Date le altissime frequenze in gioco, utilizzando due oscillatori RC diventa molto difficile tarare l’oscillatore variabile .

Appena si avvicina la mano al circuito inizia ad autoscillare, anche con un cacciavite in plastica, e anche tarando con pazienza il trimmer, l’oscillatore perde abbastanza in fretta l’aggiustamento.

Questo circuito di costruzione Theremin invece utilizza come oscillatore variabile il PLL CD 4046 che al suo interno ha un comparatore di segnali, e un V.C.O. (Voltage Controlled Oscillator), che è un oscillatore analogico controllato in tensione.

Utilizzando il V.C.O. all’interno del CD 4046 si eliminano i problemi di taratura e di auto oscillazioni e si realizza un sistema di generazione di frequenze più stabile.

Il VCO del 4046 genera una frequenza applicando un condensatore sui pin 6 e 7 e una resistenza verso massa sul pin 11 intorno ai 70 KHz.

L’uscita del VCO pin 4 entra nell’ingresso del comparatore pin 3

L’uscita dell’oscillatore fisso IC2 pin 6 viene inviata al signal in del comparatore pin 14, la differenza tra i due segnali esce dal comparatore sul pin 2 e diventa l’uscita audio del nostro Theremin.

L'antenna forma la metà di un condensatore variabile che fa parte della rete che determina la frequenza dell'oscillatore VCO (C1+R1+R2), la mano del suonatore forma l'titlera metà del condensatore variabile.

Poiché la distanza tra la mano e l'antenna varia, aumenta anche la capacità che controlla il VCO, e quindi varia la frequenza dell'oscillatore.

In pratica IC1 fa da oscillatore, e mixer dei due oscillatori del Theremin tramite il comparatore integrato.

Il 4046 tramite il comparatore "eterodina" i due segnali degli oscillatori, producendo suoni in termini di somma e differenza delle loro frequenze e armoniche fondamentali.

Il potenziometro serve per fare la taratura perfetta di accoppiamento tra le frequenze dei due oscillatori e deve essere regolato in modo che senza avvicinare la mano all’antenna non si produca nessun suono del Theremin.

Quando il circuito è tarato e non produce suoni senza avvicinare la mano all’antenna indica che le frequenze prodotte dai due oscillatori sono uguali.

Muovendo la mano intorno l’antenna si varia la capacità del condensatore di controllo del VCO e quindi la sua frequenza di uscita.

Le frequenze generate dagli oscillatori sono direttamente connesse con la tensione di alimentazione, per cui variando la tensione di alimentazione cambieranno le frequenze emesse dagli oscillatori.

I due integrati che fanno da oscillatore possono essere alimentati fino a 20 V, cambiando i valori delle resistenze e dei condensatori si puo’ alimentare il tutto alla tensione desiderata.

Il circuito assorbe meno di 2 mA di corrente per cui con una pila da 9V potete divertirvi per giorni e giorni.



Nello schema ho omesso il potenziometro del volume che invece è stato utilizzato nel prototipo come si vede in foto e in video.

La decisione di escludere il potenziometro del volume dallo schema è stata presa in base a diverse considerazioni.

Il volume di uscita non è strettamente necessario per il funzionamento del circuito, il volume si può controllare dall'amplificatore o dal mixer.

Escludendo il potenziometro del volume si risparmia qualcosa in termini di costi e di tempo di realizzazione del Theremin.

Se non si alloggia il circuito in una scatola, il potenziometro del volume diventa un ingombro in più, e un possibile generatore di disturbi.

Comunque nel caso vi interessasse un controllo di volume sull'uscita ecco la parte da aggiungere.

L'uscita audio del circuito è abbastanza buona con un segnale abbastanza potente da pilotare dirattamente un ingresso audio di tipo line in.

Il circuito è alimentato a 9 volts corrente continua.

Se alimentate il Theremin con alimentatore a 9 Volts invece che a batteria, utilizzate un alimentatore con trasformatore in rame e non uno switching.

Il trasformatore switching introdurrà dei disturbi audio all'interno del circuito.

Il circuito assorbe 2 mA, per cui usato a batterie funzionerà per un bel po'

Nello schema è stato omesso l' interruttore di accensione, se vi necessita, collegarlo sul positivo dellìalimentazione.

Per lavorare con tranqullità sulle saldature utilizzate degli zoccoli per gli IC1 e IC2

 

 

Componenti per la realizzazione del circuito Theremin

R1 = 22 KOhm
R2 = 10 KOhm potenziometro lineare
R3 = 270 KOhm
R4 = 27 KOhm
R5 = 47 Ohm
C1 = 100 pF
C2 = 1 mF 25 V elettrolitico
C3 = 100 pF
C4 = 220 mF 25V elettrolitico
IC1 = 4046
IC2 = 4069

Zoccoli per gli integrati

Tutte le resistenze 1/4 di watt

Antenna = Uilizzare una piastra di metallo sottile spessore 1 o 2 mm e grande almeno 12 x 12 cm

 

Taratura del circuito

Dopo aver finito il cablaggio, controlliamo che sia tutto a posto, attenti alle inversioni di polarità dell'alimentazione.

Colleghiamo l'uscita audio del Theremin all'ingresso linea di un amplificatore, anche da strumenti, ampli da chitarra, o mixer, teniamo il volume a zero e diamo tensione al circuito.

Se avete montato tutto correttamente con il potenziometro R2 posto all'incirca a metà, alzando il volume dell'amplificazione, si dovrebbe sentire già il suono del Theremin.

Questo accade perchè per l'uso corretto del Theremin bisogna prima tarare l'oscillatore variabile tramite il potenziometro R2 in modo che stando lontani dall'antenna il circuito non suoni.

Stare lontani dall'antenna, 50 o 60 cm sono sufficienti.

Maggiore è la grandezza dell'antenna, più fine e difficoltosa sarà la taratura di R2.

Prima di iniziare la taratura, portate il potenziometro R2 al suo estremo massimo girandolo tutto in senso orario ( Valore di R2=0 ).

Quindi iniziate a ruotare lentamente il potenziometro R2 in senso antiorario ( Valore di R2 > 0 ).

Vedere video link in basso.

Udirete dall'uscita del Theremin lo slittamento di frequenze causato dall'incremento della resistenza del potenziometro sul circuito oscillante del 4046 (IC1).

Questo slittamento di frequenze parte con un suono molto acuto (oltre 20Khz) e man mano che si ruora R2 in senso antiorario va verso le frequenze più basse.

Man mano che il valore di R2 aumenta cambia la frequenza generata dal VCO del 4046 e per battimento con la frequenza dell'oscillatore fisso generata dal 4069 (IC2) si sentono i suoni in uscita.

Ruotando sempre delicatamente in senso antiorario, ad un certo punto non si udrà più nulla (se utilizzate un oscilloscopio lo visualizza.

Quello è lo 0 il punto in cui i due oscillatori hanno la stessa frequenza e si annullano.

Se per errore andate oltre il punto 0, girando R2 in senso antiorario, lo slittamento di frequenza comincerà a risalire, tornate un po indietro con il potenziometro e continuate in senso antiorario.

A questo punto il Theremin è tarato, provate a muovere la mano davanti l'antenna e dovreste avere la conferma che il circuito funziona correttamente.

Per la taratura si consiglia l'uso di un oscilloscopio o/e frequenzimetro.

Video esplicativo con la taratura, e test del circuito Thereminator di Suono Elettronico.

 
 

 

L' antenna

L'antenna deve essere un pezzo di metallo leggero di una superficie minima di 12 x 12 cm.

Aumentando la superficie dell'antenna, aumenterà la distanza di funzionamento tra la mano e l'antenna, e aumenterà anche la risposta in frequenza del Theremin.

Con antenne grandi si potranno produrre frequenze più acute, ma con più problemi di interferenze capacitive e di taratura del circuito.

Con un antenna tradizionale verticale estraibile, tipo radiolina, il circuito avrà pochissima reattività ai movimenti della mano.

Il cavo di collegamento tra il circuito e l'antenna non deve superare i 20 cm.

Se volete realizzare una base o un supporto per l'antenna utilizzate legno o plastica che non interferisce con la capacità dell'antenna.

 


Per gli smanettoni

Il condensatore elettrolitico C4 serve per dare una corrente di picco a rilascio veloce per i due integrati, se non lo avete da 220 mF potete utilizzare un'altro condensatore elettrolitico di qualsiasi valore superiore.

In parallelo ai due IC sul pin 14 e verso massa è stato aggiunto un condensatore da 100 nF poliestere di disaccoppiamento.

C2 elettrolitico sull'uscita puo' essere sostituito con un valore qualsiasi fino a 10 mF.

Se avete un alimentatore a tensioni variabili potete provare ad alimentare il Theremin con voltaggi diversi e sperimentare con il circuito.

Il valore del potenziometro R2 può andare tra i 5 e 10 Kohm, minore è il valore più facile sarà la taratura.