Digitales Theremin: Berührungsloses Musikinstrument - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

In diesem Experiment mit digitaler Elektronik zeige ich Ihnen, wie Sie mit Oszillatoren und Operationsverstärkern Musik (nahezu:P) erzeugen, ohne das Musikinstrument zu berühren. Im Grunde wird dieses Instrument als Theremin bezeichnet, das ursprünglich mit analogen Geräten von einem russischen Wissenschaftler Léon Theremin konstruiert wurde. Aber wir werden dies mit ICs entwerfen, die digitale Signale erzeugen und sie später für Musik in analoge umwandeln. Ich werde auch versuchen, jede Stufe der Schaltung zu erklären. Ich hoffe, Sie werden diese praktische Umsetzung Ihres Studiums an Ihrer Hochschule lieben.

Ich habe diese Schaltung auch auf www.tinkercad.com entworfen und ihre Komponentensimulation durchgeführt. Sie können es ausprobieren und nach Belieben manipulieren, denn dort gibt es nichts zu verlieren, nur Lernen und Spaß!

Schritt 1: Komponenten

Hier ist die Liste aller wesentlichen Komponenten, die zum Aufbau dieser Schaltung erforderlich sind:

1) MCP602 OpAmp (Differenzverstärker) x1

2) CD4093 IC (4 NAND Gates IC) x1

3) Widerstände: 6x 10k, 1x 5.1k, 1x6.8k & 1x 1.5k

4) Potentiometer: 2x 10k Pot

5) Kondensatoren: 2x 100pF, 1x 1nF & 1x 4,7µF Kondensator (elektrolytisch)

6) Steckbrett/Leiterplatte

7) Teleskopantenne (Mindestanforderung: 6 mm Durchmesser & 40 cm + Länge) ODER es ist besser, Kupferrohre mit den angegebenen Abmessungen für eine bessere Empfindlichkeit zu verwenden

8) Strom-DC-Buchse (5,5 mm x 2,1 mm) und Audiobuchse (3,5 mm)

9) Andere Komponenten wie Draht und Lötteile

Hinweis: Sie können alle diese Komponenten leicht in einem Radio-Shack oder Online bei Amazon/ebay finden. Beachten Sie auch, dass in der Tinkercad-Schaltung die Op-Amp- und Nand-Gates unterschiedlich sind, aber sie funktionieren auch. Sollten Sie dennoch Schwierigkeiten haben, eine Komponente zu erhalten, lassen Sie es mich wissen.

Schritt 2: Lassen Sie uns die Funktionsweise der Schaltung verstehen

Oben finden Sie das Schaltungslayoutbild als Referenz.

Funktionsweise: Theremin arbeitet grundsätzlich nach dem Prinzip, dass wir zwei oszillierende (Sinuswelle in analog) Signale von zwei verschiedenen Oszillatoren erzeugen- 1) Einer ist ein fester Oszillator 2) Der zweite ist ein variabler Oszillator. Und wir nehmen im Grunde die Differenz dieser beiden Frequenzsignale, um die Ausgangssignale im hörbaren Frequenzbereich (2Hz-20kHz) zu erhalten.

* Wie geht es uns?

Wie Sie sehen können, befindet sich unter der NAND-Gatter-Schaltung (U2B) ein fester Oszillator und die obere NAND-Gatter-Schaltung (U1B) ist eine variable Oszillatorschaltung, deren Gesamtfrequenz leicht mit der Handbewegung um die daran angeschlossene Antenne variiert! (Wie ?)

* Wie verändert die Handbewegung um die Antenne die Frequenz des Oszillators?

Erläuterung: Eigentlich ist hier die Antenne parallel zum C1-Kondensator geschaltet. Die Antenne fungiert als eine der Kondensatorplatten und unsere Hand fungiert als die andere Seite der Kondensatorplatte (die durch unseren Körper geerdet ist). Im Grunde vervollständigen wir also die zusätzliche (parallele) kapazitive Schaltung und fügen somit der Schaltung eine Gesamtkapazität hinzu. (Weil Kondensatoren parallel hinzugefügt werden).

* Wie werden Schwingungen mit NAND-Gatter erzeugt?

Erklärung: Anfänglich ist einer der Eingänge des NAND-Gatters (zum Beispiel U2B) auf HIGH-Pegel (1) und der andere Eingang ist über C2 geerdet (d. h. 0). Und für die (1 & 0)-Kombination in NAND GATE erhalten wir den Ausgang HIGH (1).

Wenn der Ausgang nun HIGH wird, erhalten wir über das Rückkopplungsnetzwerk vom Ausgang (über R3 und R10) den HIGH-Wert an den zuvor geerdeten Eingangsanschluss. Also, hier ist die eigentliche Sache. Nach dem Rückkopplungssignal wird der Kondensator C2 über R3 aufgeladen und danach erhalten wir beide Eingänge des NAND-Gatters auf HIGH LEVEL (1 & 1), und der Ausgang für beide HIGH-Logikeingänge ist LOW (0). Nun entlädt sich der Kondensator C2 zurück und wieder wird der Eingang des NAND-Gatters LOW. Daher wiederholt sich dieser Zyklus und wir erhalten die Schwingungen. Wir können die Oszillatorfrequenz steuern, indem wir den Wert des Widerstands und des Kondensators (C2) ändern, da die Ladezeit des Kondensators mit unterschiedlicher Kapazität variiert und somit die Oszillationsfrequenz variiert. So erhalten wir einen Oszillator.

* Wie erhalten wir eine musikalische (hörbare) Frequenz aus Hochfrequenzsignalen?

Um einen hörbaren Frequenzbereich zu erhalten, subtrahieren wir die beiden Frequenzsignale voneinander, um Signale mit niedrigerer Frequenz zu erhalten, die innerhalb des hörbaren Bereichs liegen. Hier verwenden wir einen Operationsverstärker wie in einer Differenzverstärkerstufe. Grundsätzlich werden in dieser Stufe die beiden Eingangssignale subtrahiert, um das Signal der verstärkten Differenz (f1 - f2) zu erhalten. Auf diese Weise erhalten wir eine hörbare Frequenz. Um die unerwünschten Signale zu filtern, verwenden wir einen LOW-Pass-Filter, um das Rauschen zu filtern.

Hinweis: Das hier erhaltene Ausgangssignal ist sehr schwach, daher benötigen wir einen zusätzlichen Verstärker, um das Signal zu verstärken. Sie können Ihre eigene Verstärkerschaltung entwerfen oder einfach das Signal dieser Schaltung in einen beliebigen Verstärker einspeisen.

Ich hoffe, Sie haben die Funktionsweise dieser Schaltung verstanden. Noch Zweifel? Fragen Sie jederzeit gerne nach.

Schritt 3: Entwerfen Sie die Schaltung

Bitte entwerfen Sie zuerst die gesamte Schaltung auf dem Steckbrett und überprüfen Sie sie. Entwerfen Sie es dann nur auf der Platine mit ordnungsgemäßem Löten.

Hinweis 1: Dies ist eine Hochfrequenzschaltung, daher ist es ratsam, die Komponenten so nah wie möglich zu halten.

Hinweis 2: Bitte verwenden Sie aufgrund der IC-Spannungsbeschränkungen nur eine +5-V-DC-Stromversorgung (nicht höher).

Hinweis 3: Die Antenne ist in dieser Schaltung sehr wichtig, daher befolgen Sie bitte alle Anweisungen genau.

Schritt 4: Schaltungsarbeit und Softwaresimulation

Sehen Sie sich die Schaltungssimulation und das dazugehörige Video an.

Ich habe die Multisim-Schaltungsdatei hinzugefügt, mit der Sie die Schaltung direkt ausführen und Ihre eigenen entwerfen und manipulieren können.

Hey, ich habe auch den Tinkercad (www.tinkercad.com/) Circuit Link hinzugefügt, dort können Sie Ihre Schaltung entwerfen ODER auch meine Schaltung manipulieren und auch Schaltungssimulationen durchführen. Alles Gute beim Lernen und Spielen damit.

Tinkercad Circuit Link:

Hoffe dir hat das gefallen. Ich werde versuchen, es weiter zu verbessern und bald seine analoge Version und Mikrocontroller-Basis (mit VCO) hinzuzufügen, die eine bessere lineare Reaktion auf die Handgestenbewegungen über die Antenne haben wird. Bis dahin viel Spaß beim Spielen mit diesem Theremin.

Update: Leute, ich habe auch dieses weitere Theremin mit LDR & 555 entworfen