The Singing Capacitor: How a Theremin Works

Når tallerkenen lander og lokale myndigheter roper etter å få kontroll, vil du sannsynligvis høre de skumle tonene av en theremin som jamrer i lydsporet. Leon Theremin oppfant enheten i 1928. Det begynte sitt liv som en sovjetisk laboratoriekuriositet før den utviklet seg til instrumentet vi kjenner i dag.

Inspirert av de vinkende armene til orkesterdirigenter brukte Theremin sin nærhetsdeteksjonsteknologi for å lage et kontaktløst instrument. Siden den gang har theremin vært et kjennetegn på B-filmer og eksperimentell musikk, i tillegg til et perfekt DIY-prosjekt for nysgjerrige musikere.

Stykker av Theremin

Den klassiske theremin-designen er villedende enkel. Ved første øyekast ser det ut til å være bare en treboks med en håndfull kontroller, samt to påfallende industrielle antenner i hver ende.

Den vertikale antennen kontrollerer tonehøyden til instrumentet, mens den horisontale antennen endrer volumet. Disse er kjent som henholdsvis pitch- og volumantennene.

Så hvordan fungerer det?

I store trekk skaper de to antennene elektromagnetiske felt som samhandler med utøverens egen elektriske kapasitans.

Ved å vifte med hendene i disse elektromagnetiske feltene, kan utøveren nøyaktig modifisere variable oscillatorer i pitch- og volumkretsene til thereminen. Dette lar dem spinne komplekse melodier, tilsynelatende ut av løse luften!

Det er mye å pakke ut der. For å få en bedre ide om hvordan dette fungerer, la oss utforske de to grunnleggende delene som utgjør enhver synthesizer: oscillatorer og modifikatorer.

Hva er en oscillator?

Når du diskuterer synthesizere, kan du tenke på en oscillator som kilden til lyden. For analoge synthesizere som theremin er en oscillator en elektrisk komponent som genererer en AC-spenning. Dette blir ofte visualisert som en sinusbølge:

Denne analoge oscillatoren og dens AC-spenning er hjertet i synthesizeren vår. Alt annet er en modifikator – dvs. hvordan vi går fra en enkel AC-spenning til en syngende, klingende synthesizer!

I slekt: Hva er forskjellen mellom AC og DC og hvordan kan du konvertere dem?

Hver oscillator kan bare produsere én lyd om gangen. Tidlige synthesizere som theremin brukte en liten håndfull oscillatorer, så de kunne bare produsere en monofonisk opptreden. Dette betyr at uansett hvor harmonisk kompleks eller bisarr synthesizeren er, kunne utøvere bare spille en tone om gangen!

Det reiser spørsmålet: hvordan går vi fra å generere en singular AC-spenning, til å fremføre en musikalsk skala, enn si en hel komposisjon?

Modifikatorer lager musikken

Hvis oscillatorer av en synthesizer er motoren modifikatorerer alle andre deler av bilen. Uten dem ville vi stått fast uten noen måte å komme i bevegelse på, eller mer nøyaktig, lage musikk!

Som nevnt kan analoge oscillatorer av natur bare produsere én tone hver til enhver tid. Men vi kan fortsatt spille en musikalsk skala med en enkelt oscillator, ganske enkelt ved å endre frekvensen for hver tone.

For bedre å demonstrere denne ideen, vurder en gitarstreng:

Denne strengen er oscillatoren vår, og fingeren vår er modifikatoren. Ved å trykke ned på strengen endrer vi spenningen, og som et resultat endrer vi frekvensen til lydbølgen den sender ut. Jo høyere du beveger deg oppover gitarhalsen, desto høyere spenning på strengen, og jo høyere blir tonen som kommer ut når du plukker den.

På samme måte kan du bruke forskjellige modifikatorer for å endre tonehøyden til en oscillatorens enkelttone. Dette lar deg spille kompliserte, om enn monofoniske, melodier på thereminen.

Modifikatorer er ikke begrenset til å endre frekvensen til signalet; du kan også bruke dem til å endre amplitudeav AC-spenningen. For vår situasjon gir en økning i amplitude en økning i utgangslydnivået og omvendt.

I slekt: Elektriske instrumenter du kan bruke til å øve stille

Sette brikkene sammen

En klassisk theremin består av tre oscillatorer: to for den vertikale pitch-antennen, og en for den horisontale volumantennen.

Pitch-antennen

Pitch-antennekretsen består av en fast oscillator (en som svinger med en bestemt frekvens) og en variabel oscillator (en hvis frekvens er modifisert av spilleren). Den variable oscillatoren er koblet til antennen med vertikal pitch. Denne pitch-antennen fungerer som den ene halvdelen av en kondensator, mens den andre halvdelen er utøverens hånd.

Uten å gå for dypt inn i det, er avstanden mellom to halvdeler av en kondensator omvendt proporsjonal med kapasitansen. Derfor, når utøveren flytter hånden nærmere tonehøydeantennen, øker kapasitansen til kretsen.

Med den variable oscillatoren koblet til å endre frekvens med antennens kapasitans, kan du endre tonehøyden til thereminen ved å flytte hånden frem og tilbake fra tonehøydeantennen!

I slekt: Midi-kontrollere du kan bygge med en Arduino

Eller rettere sagt, nesten.

Den variable oscillatorens frekvens er godt utenfor området for menneskelig hørsel. Som et resultat må vi kombinere det med frekvensen til den faste oscillatoren. Dette bruker prinsippet om heterodyning: to eller flere enkle bølger som kommer sammen for å danne en mer kompleks resulterende bølge.

For en theremin har den resulterende bølgen en frekvens godt innenfor det menneskelige hørselsområdet, noe som gir den et omtrentlig fem-oktavområde.

Volumantennen

Volumantennen fungerer omtrent på samme måte som pitchantennen, bare uten heterodyning av to oscillatorer. I stedet er en enkelt variabel oscillator koblet til volumantennen. Variasjonene til denne oscillatoren bestemmer volumet til thereminen.

Endelig er du klar til å spille! Hvis du fører hånden nærmere tonehøydeantennen, heves thereminens tonehøyde. Hvis du fører hånden nærmere volumantennen, reduseres volumet. Det høres enkelt ut, men å mestre theremin er like komplisert som alle andre instrumenter. Du trenger i hvert fall aldri å lete etter en gitar!

Få Elektrisitet til å synge

Thereminen, oppfunnet i 1928 av Leon Theremin, gir en unik utfordring for både spilleren og den elektroniske hobbyisten.

Ikke bare får du sjansen til å utforske en enestående unik krets, men du får også muligheten til å eksperimentere med en av de mest gjenkjennelige, men alien-klingende klangene som noen gang er laget.

Det eneste som er mer utfordrende enn å forstå en theremin er å få en til å høres bra ut!

Hva betyr lydkvalitet og hvordan skiller vanlige komponenter seg?

Gjør høyttalerkomponenter av lydkvalitet høyttalere bedre? Hva gjør disse komponentene lydkvalitet i utgangspunktet, og er de til og med verdt pengene?

Les Neste

Om forfatteren