Терменвокс по-русски

Мы постоянно добавляем новые материалы на сайт и мы постоянно нуждаемся в вашей помощи.

Пожалуйста, помогите нам с переводом материалов на русский язык.

Переведите пару абзацев >>

Вблизи от терменвокса (начало)

С. Рюмик. Журнал: «Радиоаматор», №1, 2011 год, стр. 45-49

В 2011 г. журнал РА начинает новую рубрику под названием «Школа схемотехники». В ней будут публиковаться материалы, посвященные схемотехнике небольших узлов различного назначения. Задача ставится так – научить читателей внимательно анализировать электрические схемы и находить в них самую неожиданную прикладную информацию. В качестве вступительного примера будет рассмотрен известный музыкальный инструмент терменвокс и все, что с ним связано.

В 1919-1920 гг. молодой российский инженер Лев Сергеевич Термен разработал уникальный для того времени бесклавишный и безгрифовый электромузыкальный инструмент (фото 1). Согласно патенту от 1921 г. это был «Музыкальный прибор с катодными лампами», пригодный кстати, выполнять функцию радиосторожа. Журналисты быстро окрестили его «Терменвокс» что означает «голос Термена», взамен оригинального авторского названия «Этерофон».


Ни больше, ни меньше!
(Девиз на старинном гербе рода Терменов)

Терменвокс на полвека опередил электрогитары и синтезаторы. Его появление можно образно сравнить с ситуацией, если бы в 1961 г. изобрели плоский плазменный цветной телевизор или публике показали бы японского робота-андроида, самостоятельно играющего на трубе…


Фото 1. Лев Сергеевич Термен играет на терменвоксе

Первые 500 промышленных терменвоксов AR-1264 (на английский манер «Theremin») были изготовлены в США на фирме RCA в 1930 г. Конструкция, естественно, ламповая, но очень продуманная [1]. В схеме обращает на себя внимание четырехпроводной громкоговоритель (рис. 1), в котором имеется дополнительная обмотка «Field Coil», создающая подмагничивающее поле вместо привычного кольцевого феррита. Кстати, меломаны до сих пор отмечают «другой звук» в старинных динамиках «Field Coil» (фото 2) и пытаются встроить самодельные электромагниты в современные громкоговорители.


Рис. 1. Схема подключения громкоговорителя Field Coil


Фото 2. Старинный динамик Field Coil

Классификация терменвоксов

Можно предложить следующее разделение терменвоксов по типу датчиков:

  • емкостные (внесение емкости тела человека в частотозависимую цепь);
  • оптические (перекрытие рукой светового потока к фотодатчику);
  • сонарные (отражение ультразвуковых волн или инфракрасных лучей от руки);
  • компьютерные (имитация звучания терменвокса мышью, 3D-джойстиком, сенсорными перчатками, регистрация положения рук и других частей тела видеокамерой).

 

Объединяет все разновидности терменвоксов плавное изменение высоты звука и сложные скоординированные движения руками. Звучание одновременно напоминает голос человека, свист ветра и глиссандо гавайской гитары. Непосвященным же кажется, что это генератор странных акустических эффектов.

Талантливых исполнителей игры на терменвоксе очень мало, причем далеко не все мелодии годятся для оранжировки. Слушать этот инструмент ходят примерно так, как в кунсткамеру на какую-нибудь диковинку. Наиболее удачные композиции доступны в Интернете, среди них выделяется знаменитый «Vocalise» С.Рахманинова [2].

Понимая, что слишком сложные конструкции со стабильными во времени параметрами и ювелирной настройкой заинтересуют лишь немногих читателей, в дальнейшем приоритет будет отдаваться простой схемотехнике «выходного дня». Для желающих углубиться в тему табл.1 с полезной информацией, а также адреса интернет-сайтов на электрических схемах.

Табл. 1.

Интернет-сайты о терменвоксах

Краткое описание

http://www.fizika-igps.by.ru/in_files/termen.html

История терменвокса, французские корни семьи Терменов

http://www.thereminworld.com/
http://www.theremin.info/
http://www.theremin.ru/
http://theremin.org.ru/

Большие порталы про терменвоксы на английском и русском языках. Много информации, в том числе схемы, программы, статьи, музыка, видео

http://www.wonderhowto.com/how-to-play-the-theremin-for-beginners-168271/

Видеоурок игры на терменвоксе от Thomas Grillo

http://www.theremin.us/
http://asmir.theremin.ru/tsensors_sch.htm

Подборка электрических схем для терменвоксов

http://www.theremin.us/101/101.html

Образцы внешнего вида самодельных терменвоксов

http://www.xakep.ru/post/18661/default.asp

Терменвокс глазами хакера

http://randygeorgemusic.com/theremin-links.html

Ссылки на зарубежные сайты по терменвоксам

http://hub.webring.org/hub/thereminring

Кольцо сайтов, посвященных терменвоксам (веб-ринг)

http://frtk.ru/radioDay/2009/hard/03.html

Терменвокс в МФТИ

Емкостные терменвоксы

Емкостные терменвоксы (рис.2) состоят из двух антенн WA1, WA2, двух ВЧ-генераторов G1, G2, смесителя, модулятора и УНЧ. К штыревой антенне WA1 музыкант приближает правую руку, чем изменяет частоту генерации «f1». К петлевой антенне WA2 музыкант приближает левую руку, чем изменяет амплитуду сигнала в модуляторе. Разностная частота «f1-f2» должна попадать в звуковой диапазон, для чего опорный генератор G2 подстраивается переменным резистором R1. Выходной сигнал поступает на УНЧ, нагруженный на динамик, из которого, собственно, и слышится мелодия.

Рис. 2. Схема емкостного терменвокса

Емкостные терменвоксы делятся на две большие группы:

  • классические бесконтактные, собранные по схеме рис.2 и требующие от исполнителя умения синхронно манипулировать двумя руками при игре стоя;
  • модифицированные контактные, у которых вместо антенны WA2 используется кнопочный манипулятор и ножная педаль для управления громкостью и тембром звука при игре сидя (система К. Ковальского).

 

Упрощенные модели терменвоксов могут служить хорошим подспорьем для развития у детей музыкального слуха и точной координации движений. Представьте, если заботливый папа сделает своими руками игрушку-терменвокс и разучит несколько пассажей, то в глазах у любимого чада он станет настоящим волшебником на уровне Гарри Поттера (фото 3).


Фото. 3. Девочка Janneke за терменвоксом
(Janneke | http://www.thereminworld.com/article/14272/view)

Из множества схем емкостных терменвоксов особый интерес представляют модели, имеющие стабилизацию по частоте (рис.З) и по напряжению питания (рис.4). Антенны применяют телескопические или в виде широкой металлической пластины. Схема, изображенная на рис.З, отличается от оригинала [3] тем, что в ней исправлена ошибка в полярности включения светодиодов HL1, HL2 и добавлены поясняющие надписи. В схеме на рис.4 частоту опорного генератора регулирует именно резистор RV2, поскольку резистор RV1 в гораздо большей степени подвержен влиянию емкости, вносимой телом человека.


Рис. 3. Терменвокс со стабилизацией по частоте


Рис. 4. Терменвокс со стабилизацией по напряжению питания


Рис. 4. Таже схема с сайта
http://harrisoninstruments.com/101/101_schematic.html

Оптические терменвоксы

Оптические терменвоксы (рис.5) формируют звук при помощи генератора G1, частота которого зависит от сопротивления фоторезистора R1. Свет от внешнего источника (солнца, лампы накаливания, светодиода) направляется перпендикулярно поверхности фоторезистора (фотодиода, фототранзистора). Музыкант одной рукой плавно закрывает доступ света, при этом увеличивается сопротивление R1 и изменяется частота звукового генератора G1. Второй рукой музыкант периодически нажимает на кнопку SB1, делая паузы звука и создавая ритмический рисунок композиции в стиле «стакатто».


Рис. 5. Оптический терменвокс

Оптические терменвоксы, как ни парадоксально, стали настоящей находкой для современных ди-джеев на дискотеках. Стоимость конструкции – копейки, а полет фантазии «космической музыки» неограниченный. Чтобы проникнуться идеей, достаточно посмотреть видеоролик Michael Una (http://una-love.com/munablog/2010/01/22/deluxe-beep-it/).

Коллекция схем оптических терменвоксов представлена на рис.6…рис.10. Родоначальником их считается базовая конструкция на таймере серии 555, разработанная Forrest Mims III в 1976 г. (рис.6). В отечественной литературе за подобными устройствами закрепилось название «светофон» [4].


Рис. 6. Схема оптического терменвокса на таймере серии 555
(http://library.thinkquest.org/16497/gather/cgi-bin/projects/1.gif)


Рис. 7. Схема оптического терменвокса Forrest Mims III
(http://cogulus.com/blog/archives/r/Radio-Shack-Photo-Theremin-109.php)


Рис. 8. Схема оптического терменвокса на микросхеме LM3909
(tribes.tribe.net/bosd/photos/...)


Рис. 9. Схема оптического терменвокса на триггеррах Шмитта
(http://mechatronicart.ch/diymakeaway/micro-noise)


Рис. 9. Оригинал схемы с сайта
http://mechatronicart.ch/diymakeaway/micro-noise


Рис. 10. Схема оптического терменвокса на микросхеме 4069 (K561ПУ7)
(http://sentex.net/~mec1995/circ/theremin.html)


Рис. 10. Оригинал схемы с сайта
http://sentex.net/~mec1995/circ/theremin.html

Фоторезисторы можно использовать СФ2-5, СФ2-6, ФС-К1 или импортные с ключевыми словами Cadmium Sulfide Photoresistor.

Фотодатчиков в терменвоксе может быть несколько. В одних случаях они включаются последовательно с целью повышения чувствительности, в других – служат отдельными каналами для регулирования громкости и тембра.

Сонарные терменвоксы

Сонарные терменвоксы (рис.11) состоят из передатчика А1, приемника А2, управляющего микроконтроллера МК и УНЧ. Фактически это автономный измеритель расстояния до препятствия, которым является рука музыканта. Чем меньше/больше расстояние, тем ниже/выше звук, формируемый МК. Для управления тембром и громкостью звука к МК могут подключаться дополнительные датчики, сенсоры, педали.


Рис. 11. Сонарный терменвокс

Передатчики и приемники по принципу действия могут быть как ультразвуковые, так и инфракрасные. Обычно это покупные промышленные модули дальномеров, не требующие настройки, с гарантированной точностью измерения расстояний от единиц сантиметров до единиц метров.

Преимущества сонарных терменвоксов – отсутствие радиоизлучения, высокая помехоустойчивость, хорошая стабильность и повторяемость параметров, компактность конструкции.


Рис. 12. Инфракрасный терменвокс
(http://homepage2.nifty.com/denshiken/AVRO17.html)

Простейший «инфракрасный» терменвокс (рис.12) может быть собран на малогабаритном МК ATtiny45 (http://homepage2.nifty.com/denshiken/AVRO17.html). Используется покупной сонарный блок А1 фирмы Sharp (фото 4). Его выходной сигнал в аналоговой форме выдает информацию о дальности до препятствия, соответственно, +0,4…+3,1 В для расстояний 80…10 см. Если препятствием будет служить рука человека, то появляется возможность формирования на выходе МК пропорционального звукового сигнала, градуированного по нотам.

 
Фото 4. Инфрокрасный терменвокс и сонарный блок GP2Y0A21YK фирмы Sharp

Важный нюанс. Существуют сонары фирмы Sharp не только с аналоговым, но и цифровым выходом. Разница заключается лишь в одной букве названия GP2Y0D21YK, что надо учитывать при покупке.

Компьютерные терменвоксы

Компьютерные терменвоксы представляют собой симбиоз датчика движения и персонального компьютера. Датчиками могут служить стандартные компьютерные аксессуары, подключаемые к портам СОМ, PS/2, USB. В частности, можно задействовать «мышь» [5] для извлечения «внеземного» звука, разного по частоте, амплитуде, тембру при движении курсора по вертикали и горизонтали (рис. 13, «Theremin Simulator V1.5», автор – Jim Spinner, 2004). Перспективно также применение сенсорных перчаток и танцевальных падов, при этом звук можно сделать полифоническим, с добавлением фоновых мелодий, караоке и т.д.


Рис. 13. Theremin Simulator V1.5

«Ультразвуковой» Терменвокс, не требующий умения владеть паяльником, предложил голландец «Zevv» (http://zevv.nl/play/code/ultrasonic-theremin/). Он использовал ноутбук Dell Latitude D830, в который встроен динамик и микрофон. Динамик периодически излучает сигнал на ультразвуковой частоте 88,2 кГц, микрофон принимает этот сигнал, а программа в ноутбуке рассчитывает задержку времени отражения волн от руки и формирует через тот же динамик изменяющийся звук в слышимом диапазоне.


Рис. 13. Терменвокс на базе компьютера с видеокамерой

Наиболее интеллектуальные терменвоксы содержат видеокамеру (рис. 14). Управляющая компьютерная программа по специальному алгоритму следит за изменением освещенности в нескольких областях изображения монитора. Например, на фото 5 это делается в трех квадратах, отвечающих соответственно за движения обеих рук и мимику лица. В зависимости от пропорций белых и черных пикселей в наблюдаемых областях на динамик ВА1 через звуковую карту компьютера выдается разновысотный звук.


Фото 5. Виртуальный терменвокс
( Edward Squires | http://homepages.ihug.com.au/~squires/vt/ )

Интересная идея озвучена на сайте http://oleg-bondarenko.livejournal.com/50972.html, где для формирования звуковой картины предлагается использовать самодельный «сенсорный стол» с подсветкой и веб-камеру, подключенную к компьютеру.


Фото 6. Подобие терменвокса на двух iPhone
(https://www.youtube.com/watch?v=glAbrRgJI6o)

К разряду компьютерных можно отнести терменвоксы на базе мобильных телефонов, которые имеют сенсорные экраны, например, NokiaN900 (http://forum.maemoworld.ru/viewtopic.php?pid=111#р111). В 2010 г. было анонсировано приложение «n-forcer», превращающее два iPhone в подобие терменвокса. Видеоролик (фото 6) показывает, насколько красивым и мощным может быть синтезированое звучание, да еще и с цветомузыкой.

Литература

  1. The RCA Theremin [Электронный ресурс] / Arthur Harrison, 2010. – Режим доступа : http://mysite.verizon.net/arthur_harrison/RCA/rca_theremin.html (англ.).
  2. Video Gallery [Электронный ресурс] / Randy George, 2010. – Режим доступа : http://randygeorgemusic.com/video-gallery.html (англ.).
  3. Компаненко, Л. Терменвокс-игрушка/Л. Компаненко// Радио. – 2006. – № 3. – С. 55-56.
  4. Нечаев, И. А. Конструкции на логических элементах цифровых микросхем / Игорь Нечаев. – М.: Радио и связь. – 1992. – 120 с.
  5. Theremin Emulators [Электронный ресурс], 2010. – Режим доступа : http://www.theremin.info/-/viewpub/tid/37/pid/1 (англ.).
  6. Терменвокс на транзисторах [Электронный ресурс] / Радиотехническая консультация при центральном радиоклубе СССР. – Режим доступа : http://www.scriru.com/15/31171695837.php.

С.М. Рюмик,
г. Чернигов

Окончание см. в РА 2/2011