Digital Theremin: Μουσικό όργανο χωρίς άγγιγμα: 4 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Σε αυτό το πείραμα με την Digital Electronics, θα σας δείξω πώς να δημιουργείτε μουσική (κοντά σε αυτήν: P) χωρίς να αγγίζετε το μουσικό όργανο, χρησιμοποιώντας Oscillators & Op-amp. Βασικά αυτό το όργανο ονομάζεται Theremin, που κατασκευάστηκε αρχικά με χρήση αναλογικών συσκευών από έναν Ρώσο επιστήμονα Léon Theremin. Αλλά θα το σχεδιάσουμε χρησιμοποιώντας IC που παράγουν ψηφιακά σήματα και αργότερα θα τα μετατρέψουμε σε αναλογικά για μουσική. Θα προσπαθήσω επίσης να εξηγήσω κάθε στάδιο του κυκλώματος. Ελπίζω να σας αρέσει αυτή η πρακτική εφαρμογή αυτού που έχετε σπουδάσει στο κολέγιο σας.

Έχω επίσης σχεδιάσει αυτό το κύκλωμα στο www.tinkercad.com και πραγματοποίησα την προσομοίωση των εξαρτημάτων του. Μπορείτε να δείτε να το δοκιμάζετε και να το χειρίζεστε όπως θέλετε, γιατί δεν υπάρχει τίποτα για να χάσετε εκεί, παρά μόνο Μάθηση & Διασκέδαση!

Βήμα 1: Στοιχεία

Ακολουθεί η λίστα με όλα τα βασικά στοιχεία που απαιτούνται για τη δημιουργία αυτού του κυκλώματος:

1) MCP602 OpAmp (Διαφορικός ενισχυτής) x1

2) CD4093 IC (4 NAND Gates IC) x1

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

4) Ποτενσιόμετρο: Δοχείο 2x 10k

5) Πυκνωτές: 2x 100pF, 1x 1nF & 1x 4.7μF πυκνωτής (ηλεκτρολυτικός)

6) Πίνακας Breadboard/PCB

7) Τηλεσκοπική Κεραία (Ελάχιστη Απαίτηση: 6mm διάμετρος & 40cm+ μήκος) it's είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε χάλκινο σωλήνα με τις συγκεκριμένες διαστάσεις για καλύτερη ευαισθησία

8) Υποδοχή DC DC (5,5mmx2,1mm) & Υποδοχή ήχου (3,5mm)

9) Άλλα εξαρτήματα όπως σύρμα και μέρη συγκόλλησης

Σημείωση: Μπορείτε να βρείτε όλα αυτά τα στοιχεία εύκολα σε μια ραδιοφωνική καλύβα ή Online στο amazon/ebay. Σημειώστε επίσης ότι στο κύκλωμα tinkercad, οι πύλες op-amp & Nand είναι διαφορετικές, αλλά θα λειτουργήσουν επίσης. Ακόμα Αν βρείτε κάποια δυσκολία στην απόκτηση οποιουδήποτε εξαρτήματος, ενημερώστε με.

Βήμα 2: Ας Κατανοήσουμε το Circuit Working

Πάνω μπορείτε να βρείτε την εικόνα διάταξης κυκλώματος για αναφορά.

Εργασία: Βασικά το theremin λειτουργεί με την αρχή ότι παράγουμε δύο ταλαντωτικά (ημιτονοειδή κύματα) σήματα από δύο διαφορετικούς ταλαντωτές- 1) Ο ένας είναι σταθερός ταλαντωτής 2) ο δεύτερος είναι μεταβλητός ταλαντωτής. Και βασικά παίρνουμε τη διαφορά αυτών των δύο σημάτων συχνότητας για να πάρουμε τα σήματα εξόδου σε ακουστικό εύρος συχνοτήτων (2Hz-20kHz).

* Πώς τα πάμε;

Όπως μπορείτε να δείτε, κάτω από το κύκλωμα πύλης NAND (U2B) υπάρχει ένας σταθερός ταλαντωτής και το παραπάνω κύκλωμα πύλης NAND (U1B) είναι ένα κύκλωμα μεταβλητού ταλαντωτή, του οποίου η συνολική συχνότητα ποικίλλει ελαφρώς με την κίνηση του χεριού γύρω από την κεραία που συνδέεται με αυτό! (Πως ?)

* Πώς η κίνηση των χεριών γύρω από την κεραία αλλάζει τη συχνότητα του ταλαντωτή;

Επεξήγηση: Στην πραγματικότητα, η κεραία συνδέεται παράλληλα με τον πυκνωτή C1 εδώ. Η κεραία λειτουργεί ως μία από τις πλάκες του πυκνωτή και το χέρι μας λειτουργεί ως η άλλη πλευρά της πλάκας του πυκνωτή (η οποία είναι γειωμένη στο σώμα μας). Ουσιαστικά ολοκληρώνουμε το πρόσθετο (παράλληλο) χωρητικό κύκλωμα και ως εκ τούτου προσθέτουμε συνολική χωρητικότητα στο κύκλωμα. (Επειδή προστίθενται παράλληλα πυκνωτές).

* Πώς δημιουργούνται ταλαντώσεις με χρήση του NAND Gate;

Επεξήγηση: Αρχικά, Μία από τις εισόδους της πύλης NAND (για παράδειγμα το U2B) είναι σε υψηλό επίπεδο (1) και η άλλη είσοδος γειώνεται μέσω C2 (δηλαδή 0). Και για (1 & 0) συνδυασμό στο NAND GATE, λαμβάνουμε έξοδο HIGH (1).

Τώρα όταν η έξοδος γίνεται Υ HIGHΗΛΗ, τότε μέσω του δικτύου ανατροφοδότησης από την έξοδο (μέσω R3 & R10) παίρνουμε Υ HIGHΗΛΗ τιμή στην προηγούμενη γειωμένη θύρα εισόδου. Λοιπόν, εδώ είναι το πραγματικό. Μετά το σήμα ανατροφοδότησης, ο πυκνωτής C2 φορτίζεται μέσω του R3 και μετά παίρνουμε και τις δύο εισόδους της πύλης NAND στο Υ LΗΛΟ ΕΠΙΠΕΔΟ (1 & 1), και η έξοδος και για τις δύο εισόδους υψηλής λογικής είναι ΧΑΜΗΛΗ (0). Έτσι, τώρα ο πυκνωτής C2 εκφορτίζεται ξανά και ξανά αυτός της εισόδου του NAND Gate παίρνει LOW. Επομένως, αυτός ο κύκλος επαναλαμβάνεται και παίρνουμε τις Ταλαντώσεις. Μπορούμε να ελέγξουμε τη συχνότητα ταλαντωτή αλλάζοντας την τιμή της αντίστασης και του πυκνωτή (C2) επειδή ο χρόνος φόρτισης του πυκνωτή θα ποικίλει με διαφορετική χωρητικότητα και ως εκ τούτου η συχνότητα ταλάντωσης θα ποικίλει. Έτσι παίρνουμε ταλαντωτή.

* Πώς λαμβάνουμε μουσική (Ακουστική) συχνότητα από σήματα υψηλής συχνότητας;

Για να λάβουμε ακουστικό εύρος συχνοτήτων, αφαιρούμε τα δύο σήματα συχνότητας το ένα από το άλλο για να λάβουμε σήματα χαμηλότερης συχνότητας που είναι εντός ακουστικού εύρους. Εδώ χρησιμοποιούμε το Op-amp όπως στο στάδιο διαφορικού ενισχυτή. Βασικά σε αυτό το στάδιο, αφαιρεί τα δύο σήματα εισόδου για να δώσει το σήμα ενισχυμένης διαφοράς (f1 - f2). Έτσι αποκτούμε ακουστική συχνότητα. Ακόμα για να φιλτράρουμε τα ανεπιθύμητα σήματα, χρησιμοποιούμε φίλτρο LOW pass για να φιλτράρουμε τον θόρυβο.

Σημείωση: Το σήμα εξόδου που λαμβάνουμε εδώ είναι πολύ αδύναμο, επομένως χρειαζόμαστε επιπλέον Ενισχυτή για να ενισχύσουμε το σήμα. Μπορείτε να σχεδιάσετε το δικό σας κύκλωμα ενισχυτή ή απλώς να τροφοδοτήσετε το σήμα αυτού του κυκλώματος σε οποιονδήποτε ενισχυτή.

Ελπίζω, καταλάβατε τη λειτουργία αυτού του κυκλώματος. Υπάρχουν ακόμη αμφιβολίες; Μη διστάσετε να ρωτήσετε οποιαδήποτε στιγμή.

Βήμα 3: Σχεδιάστε το κύκλωμα

Παρακαλούμε πρώτα σχεδιάστε ολόκληρο το κύκλωμα στο breadboard και ελέγξτε το. Στη συνέχεια, σχεδιάστε το μόνο σε PCB με σωστή συγκόλληση.

Σημείωση 1: Αυτό είναι ένα κύκλωμα υψηλής συχνότητας, επομένως συνιστάται να διατηρείτε τα εξαρτήματα όσο το δυνατόν πιο κοντά.

Σημείωση2: Χρησιμοποιήστε μόνο +5V DC τροφοδοτικό (δεν είναι υψηλότερο), λόγω περιορισμών τάσης IC.

Σημείωση3: Η κεραία είναι πολύ σημαντική σε αυτό το κύκλωμα, επομένως ακολουθήστε όλες τις οδηγίες που δίνονται αυστηρά.

Βήμα 4: Εργασία κυκλώματος και προσομοίωση λογισμικού

Δείτε την προσομοίωση κυκλώματος και το Βίντεο της.

Έχω προσθέσει το αρχείο πολλαπλών κυκλωμάτων, μπορείτε να εκτελέσετε απευθείας το κύκλωμα χρησιμοποιώντας αυτό και να σχεδιάσετε το δικό σας και να κάνετε χειρισμούς.

Έι, πρόσθεσα επίσης τον σύνδεσμο κυκλώματος Tinkercad (www.tinkercad.com/), εκεί μπορείτε να σχεδιάσετε το κύκλωμά σας ή να χειριστείτε το κύκλωμά μου επίσης και να εκτελέσετε προσομοιώσεις κυκλώματος επίσης. Όλα τα καλύτερα με την εκμάθηση και το παιχνίδι με αυτό.

Σύνδεσμος κυκλώματος Tinkercad:

Ελπίζω να σας άρεσε αυτό. Θα προσπαθήσω να το βελτιώσω περαιτέρω και να προσθέσω σύντομα την αναλογική του έκδοση και με βάση τον μικροελεγκτή (χρησιμοποιώντας VCO), η οποία θα έχει καλύτερη γραμμική απόκριση στις κινήσεις των χειρονομιών σχετικά με την κεραία. Μέχρι τότε, απολαύστε το παιχνίδι με αυτό το theremin.

Ενημέρωση: Παιδιά, έχω επίσης σχεδιάσει αυτό το άλλο theremin χρησιμοποιώντας LDR & 555