PROGETTO E REALIZZAZIONE DI UNO STRUMENTO MUSICALE THEREMIN

Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni

Università degli Studi di Pavia

Relatore: Prof.ssa Carla VACCHICorrelatore: Dott. Daniele SCARPA

Elaborato di Laurea di Nicola CODEGA

Anno Accademico 2007-2008

-Che cos’è un Theremin?-

• Strumento musicale elettronico analogico ideato nel 1920 dal fisico russo Lev Sergeevič Termen (Leon

Theremin);

• Viene suonato attraverso l’uso di due antenne.

Regola la nota emessaRegola il volume della nota

-Principio fondamentale di funzionamento-

Principio “eterdinamico”: una mano o un qualsiasi oggetto, posto in prossimità di un’antenna, rappresenta

una capacità inserita tra il nodo del circuito a cui è collegata l’antenna e massa.

Come viene sfruttato questo effetto in modo da variare la nota di uno strumento musicale?

-Il suono-

Il suono delle note può essere rappresentato come un’oscillazione sinusoidale meccanica del mezzo che lo trasporta.

Nel caso di strumenti elettronici, essoderiva necessariamente da una variabile elettrica

(tensione o corrente) oscillante.

Circuiti che realizzano questi segnalisono detti, appunto, oscillatori.

-Oscillatori armonici-

-Oscillatori armonici (2)-

Obiettivo dell’oscillatore è quello di autosostenere il segnale che circola nell’anello, con segnale nullo all’ingresso.

Quindi, quando all’interno dell’anello si genera un segnale sinusoidale……esso deve continuare a presentarsi, anche se l’ingresso è assente.

criterio di Barkhausen

-Principio di funzionamento-

Come sfruttare l’effetto eterdinamico in modo che si riesca a variare la nota di uno

strumento musicale?

In generale, per quanto riguarda gli oscillatori armonici:

• i componenti che costituiscono la rete di feedback f sono realizzati con capacità e induttanze;

• la frequenza di oscillazione dipende da questi valori.

-Principio di funzionamento-

OSCILLATORE OSCILLATORE

Come sfruttare l’effetto eterdinamico in modo che si riesca a variare la nota di uno

strumento musicale?

Avvicinare/allontanare la mano dall’antenna equivale a presentare una capacità aggiuntiva e variabile: di conseguenza varia anche

la frequenza di oscillazione dell’oscillatore armonico.

-Theremin: discussione iniziale-

• la banda udibile va da circa 20 Hz a 20 kHz;

• costruire oscillatori che presentano queste frequenze vorrebbe dire utilizzare capacità/induttanze

di valore elevato;

è più semplice allora costruire due oscillatori ad alta frequenza, miscelare

le due sinusoidi create e filtrarle passa-basso.

-Theremin: discussione iniziale-

Definiti due segnali sinusoidali (con fase iniziale nulla per semplificare)

è più semplice allora costruire due oscillatori ad alta frequenza, miscelare

le due sinusoidi create e filtrarle passa-basso.

-Theremin: schema a blocchi-

OSCILLATOREVARIABILE

OSCILLATOREFISSO

MIXERFILTROPASSA BASSO

CONTROLLOVOLUME

CASS

A AC

UST

ICA

Nel progetto si è deciso di non utilizzare un’antenna come controllo del volume,ma si è scelta una soluzione ottica: una fotoresistenza.

-Oscillatore?-

• a sfasamento;• a ponte di Wien;

• Hartley;• Clapp;

• Colpitts;• ……………

-Oscillatore fisso: Colpitts-Scelto per: • forma d’onda generata priva di componentiarmoniche estranee.• alte frequenze generabili.

-Oscillatore fisso: Colpitts-Scelto per: • forma d’onda generata priva di componentiarmoniche estranee.• alte frequenze generabili.

1) Blocco amplificatore

2) Condensatori di disaccoppiamento

3) Rete di feedback

-Oscillatore variabile: Colpitts-Scelto per: • forma d’onda generata priva di componentiarmoniche estranee.• alte frequenze generabili.

Viene aggiunta l’antenna in parallelo a una delle due capacità C1/2 e rappresenterà una variazione del valoredi quella capacità.

-Theremin: schema a blocchi-

OSCILLATOREVARIABILE

OSCILLATOREFISSO

MIXERFILTROPASSA BASSO

CONTROLLOVOLUME

CASS

A AC

UST

ICA

-Moltiplicazione di due sinusoidi-

Operazionali con slew rate limitato.

Necessità di ridurrei segnali di ingresso.

-Moltiplicazione di due sinusoidi-

Integrato AD633JN della Analog Devices:

• implementa una moltiplicazione a quattro quadranti;

• in particolare, esegue l’operazione

-Theremin: schema a blocchi-

OSCILLATOREVARIABILE

OSCILLATOREFISSO

MIXERFILTROPASSA BASSO

CONTROLLOVOLUME

CASS

A AC

UST

ICA

Sallen Key

• guadagno regolabile facilmente con un operazionale retroazionato;

• due poli coincidenti per attenuare maggiormente le alte frequenze;

• realizza la funzione di trasferimento

-Filtraggio passa basso-

Sallen Key: funzione di trasferimento

-Filtraggio passa basso-

Frequenza di taglio posta a3kHz, dimensionando le C e le R.

-Theremin: schema a blocchi-

OSCILLATOREVARIABILE

OSCILLATOREFISSO

MIXERFILTROPASSA BASSO

CONTROLLOVOLUME

CASS

A AC

UST

ICA

-Controllo del volume-

Soluzione ottica al posto della classica antenna orizzontale: fotoresistenza NSL-19M51

Funzione di trasferimento:

Con opportuni valori si ottiene: • Fotoresistenza oscurata ha un valore di 20 M Ohm: Vout si annulla;• Fotoresistenza illuminata ha un valore di 0 Ohm: Vout=-Vin.

-Theremin: schema a blocchi-

OSCILLATOREVARIABILE

OSCILLATOREFISSO

MIXERFILTROPASSA BASSO

CONTROLLOVOLUME

CASS

A AC

UST

ICA

-Stadio di potenza di uscita-

Progetto iniziale: pilotare una cassa passiva da 8 Ohm

Necessità di uno stadio che fornisca sufficiente quantità di corrente al carico di bassa impedenza.

Progetto finale: si utilizzano delle casse attive che amplificanoil segnale in ingresso presentando un’alta impedenza.

-Layout-

- Oscillatori- Mixer- Filtro- Controllo del volume- Stadio di uscita

-Immagini-

-Immagini-

-Immagini-