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 >>

Миниатюрный терменвокс

Л. Королев. Журнал: «Радио», №1, 2009 год, стр. 40-43

Описание похожей схемы см. в статье Л. Королева «Простой терменвокс», Схемотехника, №12, 2003 год, №1, 2004 год.

Миниатюризация аппаратуры – процесс естественный и вполне соответствующий духу времени. И, конечно, нет никаких оснований полагать, что терменвокс – прибор на сто процентов электронный – представляет в этом плане исключение, что он ужо достиг вершины своего совершенства. Скорее, напротив, специфика такого ЭМИ непременно тяготеет к малым габаритам и соответствующей этому портативности.

Автор статьи, неутомимый поклонник отечественного терменвокса. Лев Дмитриевич Королев представляет на суд читателей свою новую разработку – миниатюрный инструмент с автономным питанием.

Инструмент предназначен для использования в профессиональной и самодеятельной исполнительской практике, для получения различных музыкальных эффектов, а также для обучения игре на нем. Несмотря на сравнительно большой объем работы по изготовлению ЭМИ, свойственный также и предыдущим опубликованным конструкциям терменвокса, инструмент прост, не содержит токарных и сложных намоточных изделий и доступен для повторения радиолюбителями средней квалификации, имеющими в своем распоряжении хотя бы простейший осциллограф и авометр. Например, вместо многовитковых (в несколько тысяч) контурных катушек, наматываемых на многосекционные точеные каркасы в предыдущих конструкциях, применены катушки с четыреста двадцатью витками и готовые стандартные каркасы.


Л. Королёв

В инструмент введен маломощный усилитель ЗЧ с динамической головкой, существенно расширяющий экс­плуатационные возможности.

Звуковысотный диапазон инструмента охватывает все основные октавы и значительную часть обертонной шкалы. Имеется возможность исполнения трели. Тембр – голосового вида с различной нюансировкой. Питается ЭМИ от встроенной батареи напряжением 9 В ("Крона") или от внешнего источника постоянного тока напряжением 9... 12 В, потребляемый ток в режиме максимальной громкости не превышает 110 мА, а в режиме покоя – 10 мА. Весит терменвокс около 350 г.

На инструменте можно играть, держа его в левой руке, при этом сохраняется возможность регулировать громкость и атаку (затухание фиксированное), поль­зуясь встроенным пультом. Большой палец должен находиться на пружине датчика–регулятора громкости, указательный – на контактной пластине (на противоположной стенке корпуса инструмента). Средним и указательным пальцами манипулируют звук. Если играть на инструменте, стоящем на столе, удобнее пользоваться его основным выносным настольным пультом управления (регулируемые атака и затухание звука, звучание вида "гавайская гитара", возможность исполнения трели). Вместо основного настольного пульта можно использовать выносной ручной с регулируемыми атакой/затуханием и имитацией гавайской гитары.

В режиме нулевых биений инструмент превращается в прибор, который может быть использован, например, для ориентации в темноте или в качестве бесконтактного охранного устройства.


Рис. 1. Принципиальная электрическая схема миниатюрного терменвокса

Принципиальная схема инструмента показана на рис. 1. Детали SA2, SB3– SB5, R20–R27, В2, Х4 относятся к основному выносному пульту управления. Оба генератора – переменной частоты и постоянной – собраны на полевых транзисторах VT1 и VT2 соответственно по схеме индуктивной трехточки.

Поскольку высота штыря управления, а следовательно, и его электрическая емкость в различных эксплуатационных вариантах использования различны, для установки нормального режима работы генераторной основы предусмотрен настроечный конденсатор С1. Подстроечный конденсатор С2 – элемент установки оптимальной взаимной связи генераторов, необходимой для выравнивания мензу­ры грифа [1]. Выходные сигналы обоих генераторов объединяет суммирующая цепь СЗС4С5, где и образуются биения.

Детектирование биений выполняет эмиттерный переход транзистора VT3 с регулируемым характером нелинейно­сти. Ее регулируют изменением напряжения смещения на базе транзистора переменным резистором R5. Это приводит к изменению формы результи­рующего сигнала, определяющей различные тембровые оттенки.

Манипулятор собран на резисторном оптроне U1. Регулируемым элементом служит фоторезистор оптрона, нагруженный резистором R13. Излучающий диод оптрона включен в цепь эмиттерного повторителя, собранного на транзисторе VT4. На базу транзистора поступает напряжение с формирователя атаки/затухания звука. Манипулируют звук двумя кнопками – SB1 и SB2, включенными параллельно. Использование двух кнопок позволяет расширить исполнительские возможности ЭМИ. Резистор R9 – токоограничивающий.

При нажатии на одну из упомянутых кнопок заряжается конденсатор С9 до напряжения около 5 В. Постоянная времени цепи зарядки в основном зависит от емкости конденсатора С9 и сопротивления резистора R12 (влиянием резистора R9 и диода VD2 можно пренебречь). Эта цепь определяет атаку звука. При отпускании манипуляционных кнопок конденсатор С9 разряжается через резистор R10 (прямое сопротивление диода VD3 пренебрежимо мало). Постоянная времени цепи разрядки определяет скорость затухания звука.

Регулятор громкости собран на та­ком же резисторном оптроне U2. Регулируемым делителем напряжения здесь служит цепь, состоящая из фоторезистора оптрона и подстроечного резистора R17. Излучающий диод оптрона включен в цепь угольного датчика нажатия В1 [2].

Приложение к датчику механического усилия (сжатия) вызывает уменьшение его сопротивления, увеличение тока через светодиод, а следовательно, увеличение коэффициента передачи оптронного регулятора. Резисторы R14, R15 – согласующие. Конденсатор С12 сглаживает чрезмерно быстрое изменение громкости при резком сжатии датчика.

Для игры на инструменте с основным выносным пультом управления их располагают на столе и соединяют разъемы Х4 и Х1. В этом режиме инструмент обладает весьма широкими исполни­тельскими возможностями – фиксиро­ванными и регулируемыми атакой и затуханием звука, звучанием типа гавайской гитары, трели.

На катоды диодов VD1, VD3 с пульта поступает напряжение 5 В и закрывает их. Поэтому разрядный резистор R10 уже не участвует в разрядке конденсатора С9, а его функция переходит к резистору R23 (или R22, R24). Манипуляцию выполняют двумя кнопками – SB4, SB5. Тумблером SA2 переключают инструмент из положения с фиксированными атакой/затуханием звука (как показано на схеме) в положение регулируемых атаки и затухания. Процессы формирования атаки и затухания аналогичны описанным выше.

Звучание гавайской гитары вызывают короткими ударами пальцами (указа­тельным или средним) по одной из кнопок SB4, SB5 пульта, при этом другим пальцем левой руки нажимают на кнопку SB3 и удерживают ее нажатой. Жесткая атака определяется малой постоянной времени цепи зарядки конденсатора С9 через резистор R20 и диод VD4, а также постоянной времени включения оптрона. Длительное затухание определено большой постоянной времени цепи раз­рядки конденсатора С9 через резисторы R26, R27 (диод VD4 при этом закрыт, так как кнопку SB3 удерживают нажатой).

При кратковременном отпускании кнопки SB3 с последующим нажатием произойдет быстрая разрядка конден­сатора С9 через резистор R23 (или R22, R24) и звучание прекратится. Таким приемом, используемым при имитации гавайской гитары, "глушат звучащую струну" пальцем.

При работе с пультом управления датчики нажатия В1 и В2 оказываются включенными параллельно. Однако датчик В1 основного блока не будет мешать работе датчика В2 пульта, так как меха­ническое усилие к датчику В1 не прикладывают, а возможным небольшим током через него можно пренебречь.

Усилитель ЗЧ DA2 питается нестабилизированным напряжением. При использовании внешнего усилителя мощности ЗЧ внутренняя динамическая головка ВА1 отключается.


Рис. 2. Принципиальная электрическая схема
пульта управления терменвоксом

Для работы с ручным переносным пультом управления инструмент располагают на столе или штативе. Принципиальная схема переносного (ручного) пульта показана на рис. 2.

В мини-терменвоксе можно использовать постоянные резисторы МЛТ, С2-23, С2-33; переменные – из серии СПЗ-4 или другие, миниатюрные. Подстроечный С2 – КТ4-21 или КТ4-25. Постоянные конденсаторы СЗ–С5, С6, С11 – любые с ТКЕ не хуже М1500. Оксидный С9 – из серий К52 (на напряжение 25 В), К53 с малым током утечки. Остальные – малогабаритные любые.

Конденсатор настройки С1 – воздушно-керамический, импортный, с настроечным винтом, электрически соединенным с корпусом. Конденсатор можно изготовить самостоятельно, взяв за основу керамический конденсатор серии КТ-2 длиной около 20 мм емкостью 100...150 пФ. Внутреннее и необходимую часть внешнего серебряного покрытия стравливают (например, кислотой), после чего заготовку вклеивают в резьбовую втулку–корпус, выточенную из латуни.

Детали генераторов (включая транзисторы), выполняющие одинаковые функции, следует подобрать попарно из одной партии с возможно близкими значениями параметров (с разницей не более 5%). Вместо КД102А подойдут диоды Д223 с любыми буквенными индексами. Вместо КПЗОЗА могут быть использованы транзисторы КП303Б.

Оптроны АОР124А заменимы любыми с временем включения не более 15 мс. Годятся и самодельные, составленные, например, из фоторезисторов СФЗ-4Б и светодиодов АЛ102АМ или других. При этом необходимо обеспечить защиту фотоприемников от внешней засветки.

Катушки L1, L2 идентичны, намотаны внавал на готовых пластмассовых каркасах и помещены в броневые магнитопроводы Б14 (диаметром 14 мм) из феррита 1500НМЗ или 1500НМ1. Чашки собраны с зазором 0,05 мм во внутрен­нем керне. Обмотки 1–2, 2–3 и 3–4 содержат соответственно по 40, 80 и 300 витков провода ПЭВ-2 0,06. Подойдет и провод диаметром 0,07 мм, но тогда число витков в обмотке 3–4 для облегчения настройки генераторов лучше увеличить до 340.

При намотке провод непрерывно раскладывают от одной щеки каркаса до другой, подобно способу "универсаль”. Выводы 1,2 и 3,4, выполненные этим же проводом, пропускают через противоположные пазы на щеке каркаса. Вывод 4 фиксируют на катушке каплей клея БФ-2.

Для выполнения зазора используют наждачный брусок сечением 10x10 мм, с одного конца сточенный до диаметра приблизительно 8 мм. Ферритовую чашку магнитопровода, удерживаемую одной рукой, прижимают внутренним керном к закругленному торцу бруска, находящегося в другой, и вращательно-возвратными движениями постепенно стачивают керн до образования зазора необходимой ширины, контролируя ее узкой полоской фольги или концом провода с наружным диаметром 0,05 мм. Всю эту операцию при известном навыке можно выполнить за 10...15 мин.

Пытаться обеспечить зазор между чашками магнитопровода с помощью прокладки по их внешней кромке не следует. Стабильной работы генераторного блока добиться, скорее всего, не удастся.

Во избежание покачиваний катушки внутри магнитопровода и связанных с этим возможных скачков высоты звука в зазор между каркасом и керном ферритовой чашки следует вложить полоску плотной бумаги. Собранную катушку крепят к плате латунным винтом М2. Феррит 1500НМЗ токопроводен, поэтому магнитопроводы следует электрически соединить с общим проводом. Для этого под каждый из них устанав­ливают прокладку из медной или латунной фольги с монтажным лепестком. Выводы катушки целесообразно изолировать тонкими ПХВ или фторопластовыми трубками.

Корпусы оптронов должны быть соединены с общим проводом, например, с помощью бандажа из жести или луженого провода.

В качестве манипуляционных для основного блока я использовал готовые кнопки ПКН150-1 после их доработки. Верхнюю часть корпуса кнопки надо аккуратно снять и ножницами надрезать контактный диск с двух диаметрально противоположных сторон так, чтобы между концами надрезов осталось примерно 3 мм. После этого кнопка при нажатии уже не должна "щелкать". Затем, спрямляя выпуклость диска плоскогубцами с узкими губками, добиваются уменьшения усилия срабатывания кнопки до 50...80 г. После этого верхнюю часть корпуса приклеивают на свое место.

На основном пульте управления манипуляционные кнопки самодельные бесшумные. На протяжении уже многих десятилетий прочно зарекомендовала себя конструкция, описанная в [1]. Для переносного пульта управления мани­пуляционные кнопки изготовлены из готовых переключателей KM1-1. У них после вскрытия удалены фиксирующие дугообразные пружины, подогнуты подвижные контакты, укорочены толкатели. Кроме этого, для уменьшения уси­лия срабатывания до 40...60 г удалены возвратные пружины из-под кнопок.

Разъем Х1Х4 – WF-5 и HU-5, но можно использовать и любые другие малогабаритные. Тумблер SA2 подойдет любой миниатюрный.


Рис. 3. Топология печатной платы терменвокса

Основной блок терменвокса собран на печатной плате из стеклотекстолита, фольгированного с одной стороны; толщина – 1,5 мм. Чертеж платы представ­лен на рис. 3. Все провода внешних соединений, детали, отмеченные на схеме звездочкой, и выводы катушек припаяны к штырям из луженого провода диаметром около 1 мм, запрессованным в отверстия в плате и припаянным к фольге.


Рис. 4. Топология печатной платы
усилителя звуковой частоты терменвокса

Усилитель ЗЧ смонтирован на отдельной печатной плате из фольгиро­ванного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Чертеж платы показан на рис. 4.

Рабочим штырем терменвокса служит телескопическая антенна длиной в разобранном виде 500 мм с поворотным шарниром. Длина собранной антенны и ее диаметр значения не имеют.


Рис. 5. Компоновка элементов терменвокса в корпусе G445

Инструмент смонтирован в серийном пластмассовом корпусе G445 150x80x45 мм, который можно приобрести в магазинах, торгующих радиодеталями. Все ненужные внутренние приливы и выступы в корпусе нужно срезать. Дно корпуса использовано как верхняя часть инструмента; на ней установлена динамическая головка и просверлено отверстие для рабочего штыря. Расположение узлов в корпусе схематически показано на рис. 5. Под основной платой и сбоку от нее установлены экранирующие пластины из тонкого фольгированного стеклотекстолита. Фольга экрана электрически соединена с общим проводом.

Внешняя обкладка конденсатора С1 экранирована от штыря дугообразным отрезком жесткого медного провода диаметром 0,6–0,7, впаянным концами в отверстия на плате, которые отмечены буквами А. Дуга должна быть расположена над конденсатором С1 на расстоя­нии около 10 мм.

Угольный датчик нажатия прикреплен двумя винтами М2 к верхней по рисунку стенке корпуса инструмента Прямоугольной формы пластинчатая пружина, через которую передается давление на датчик, привинчена к резьбовым втулкам, вплавленным в стенку корпуса. Пружину обязательно соединяют с общим проводом. Во время игры на инструменте она должна находиться под большим пальцем левой руки. С нижней стороны корпуса, напротив пружины, прикреплена металлическая пла­стина, также соединенная с общим проводом. Она должна быть под указательным пальцем левой руки. Эта пластина и пружина обеспечивают надежный контакт тела исполнителя с общим проводом инструмента, что совершенно необходимо для предотвращения "плавания” высоты тона инструмента.

Манипулируют звук безымянным и указательным пальцами, а на кнопку включения режима "гавайская гитара" нажимают мизинцем. Для предотвращения прогибания стенок корпуса при его сжатии между ними ставят поперечную распорку (на рис. 5 она не показана) из любого диэлектрического материала.

Рабочий штырь (антенну) крепят к съемной торцевой стенке корпуса винтом М3.


Рис. 6. Органы управления терменвоксом

Настольный пульт управления собран в пластмассовом корпусе размерами 160x150x35 мм. Подойдет также и небольшой серийный корпус, например, G760G 95x158x36 или G1280G 174,5x123,6x38. Ориентировочное расположение органов управления пульта показано на рис. 6. Подставка под большой палец левой руки – металлическая, круглая (диаметром 30...35 мм и высотой 15 мм) или прямоугольная. Она привинчена к концу плоской пружины угольного датчика нажатия В1 (см. рис. 1). Располагают подставку, которая служит своеобразной частичной опорой левой руки, под третьей фалангой большого пальца.

Пружина и подставка электрически соединены с общим проводом. Поэтому тело исполнителя, как и при игре "с рук", соединено с общим проводом. Если нарушить это соединение, напри­мер, накрыть подставку лоскутом полиэтиленовой пленки, появится возможность исполнения трели легким касанием указательным пальцем левой руки металлического язычка, электрически соединенного с общим проводом.

При этом следует иметь в виду, что образующаяся электрическая емкость между телом исполнителя и пультом должна быть в процессе исполнения трели возможно более стабильной. Указанный способ исполнения трели следует применять после приобретения устойчивых навыков игры.


Рис. 7. Выносной пульт управления терменвоксом

Переносный ручной пульт управления (см. схему на рис. 2) собран в коробке размерами 115x68x25 мм из листового алюминиевого сплава (тол­щиной 1,5 мм). Корпус угольного датчика нажатия этого пульта должен быть, разумеется, изолирован от корпуса. Расположение органов управления пульта показано на рис. 7.

Оба пульта соединяют с инструмен­том тонкими гибкими кабелями. Длина кабелей не ограничена.

Налаживание инструмента начинают до сборки и монтажа внутри корпуса. Датчик нажатия, тумблер SA1 и плату усилителя ЗЧ на этом этапе устанавли­вать не нужно. Основную плату поме­щают в корпус, временно закрепляют, припаивают резистор R5, конденсатор С1 и штырь, длину которого устанавли­вают равной 35 см. Подают питание на плату и регулировками конденсатора С1 и резистора R5 добиваются нулевых биений и их максимального размаха.

Далее подносят щуп (или "открытый" конец провода) осциллографа или частотоме­ра на расстояние 2...3 см к штырю и, увеличив усиление прибора, по наблюдаемой осциллограмме измеряют частоту управляемого генератора; образцовый генератор терменвокса при этом лучше отключить, замкнув конденсатор С1 Оптимальная частота настройки генераторов должна лежать в пределах 140... 145 кГц при длине штыря 35 см. Подгонку частоты генераторов, если это требу­ется, выполняют изменением числа витков катушки управляемого генератора.

Далее резистором R5 устанавливают максимальный раз­мах биений на коллекторе транзистора VT3 и подборкой конденсатора С5 добиваются, чтобы этот размах достиг примерно 2,5 В. Подборкой резистора R6 (а также шунтированием резистора R5) следует добиться уменьшения размаха биений в 1,5 раза от максимального значения в крайних положениях резистора R5.

Форма кривой биений при вращении ручки резистора R5 должна плавно изменяться.

Затем изменением длины вылета штыря устанавливают частоту биений в пределах 0,5...1 кГц, на базу транзистора VT4 подают импульсы напряжения 5 В и проверяют быстродействие и переключательные свойства оптрона.

Сигнал на вход осциллографа снимают с резистора R13. Оптрон пригоден для работы, если он обеспечивает атаку и затухание звука (фронт и спад импульса) не более 15 и 30 мс соответственно. Отношение максимального напряжения (когда оптрон открыт) к минимальному (оптрон закрыт) не должно быть меньше 2500. Оптрон, не дотягивающий до указанного значения быстродействия, вполне пригоден для работы в канале управления громкостью, где требования к быстродействию не столь высоки.

После этого снимают регулировочную характеристику – зависимость размаха биений на резисторе R13 от управляющего напряжения на базе транзистора VT4. Предварительно временно заменяют резистор R11 на другой, сопротивлением 4,3 кОм. Управляющее напряжение подают с движка переменного резистора сопротивлени­ем 4,7...47 кОм, включенного между цепью питания +5 В и общим проводом.

На регулировочной характеристике проводят прямую линию, совпадающую с прямолинейным участком, и в области верхнего ее загиба отмечают на этой прямой точку, в которой размах биений на 10...15 % больше, чем в лежащей на той же вертикали точке реальной характеристики. Записывают напряжение размаха в отмеченной точке. После этого на базу транзистора VT4 подают напряжение 4,5 В, подборкой резисто­ра R11 добиваются размаха, равного записанному, и впаивают резистор на свое место на плате.

Следует отметить, что указанным оптронам свойственно явление "усталос­ти”, проявляющееся в медленном уменьшении коэффициента передачи при непрерывной работе, поэтому регулировочную характеристику следует снимать как можно быстрее. В реальной эксплуатации, при исполнении музыки, эта особенность мало заметна, тем более что исполнитель непрерывно контролирует и корректирует громкость.

Затем инструмент полностью собирают, в корпус датчика нажатия В1 уста­навливают две таблетки активированного угля, движок резистора R12 пере­водят в левое, a R16 и R17 – в верхнее по схеме положение и включают питание. Частоту биений (на коллекторе транзистора VT3) устанавливают в пределах 300...500 Гц, нажимают на кнопку SB1 или SB2, измеряют и записывают размах напряжения на резисторе R13. Затем вход осциллографа подключают к выводу 2 оптрона U2, нажимают на датчик В1 с усилием около 1 кг и, медленно вращая ручку резистора R16, устанавливают размах напряжения, равный половине только что измеренного. Резистором R17 устанавливают громкость звучания, соответствующую началу ограничения сигнала усилителем DA2.

Далее манипулируют звук (нажимая на кнопки SB1, SB2 и отпуская) и проверяют эффективность регулирования атаки. Подборкой резистора R10 устанавливают приемлемое затухание звука.

Подключают основной пульт управления (соединяют разъемы Х4 и Х1) и переводят переключатель SA2 "Атака и затухание" в положение “Регулируемые" (правое по схеме). Манипулируя звук кнопками SB4, SB5, резисторами R25 и R24 устанавливают приемлемые на слух исполнителя атаку и затухание соответственно. Измеряют сопротивление резистора R25 в этом положении и припаивают постоянный резистор ближайшего номинала на место R21. Измеряют суммарное сопротивле­ние резисторов R22 и R24, и постоянный резистор ближайшего номинала припаивают на место R23.


Рис. 8. Миниатюрный терменвокс с выносным пультом

Равномерность пространственного грифа устанавливают подстроечным конденсатором С2 так, чтобы длина участков малой, первой, второй и третьей октав в средней звуковысотной позиции отличались бы не более чем на 10 % в соответствии с критерием идеального грифа [1]. Для человека с хорошим слухом это не представляет трудности.

В заключение проверяют работу инструмента с ручным выносным пультом управления.

Фотоснимок одного из вариантов инструмента с выносным пультом показан на рис. 8.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Королев Л. Терменвокс. – Радио, 2005, № 8, с. 48–51; № 9, с. 48–51.
  2. Королев Л. Угольный тензодатчик. – Радио, 2008, № 3, с. 31,32.

Л. КОРОЛЕВ, г. Москва
Редактор – Л.Ломакин,
графика – Л.Ломакин

Фотографии с радиофорумов

Автор фото Клычков Михаил


Лев Дмитриевич Королёв играет на одном из терменвоксов
собственной конструкции (на "миниатюрном" терменвоксе)




Миниатюрный терменвокс



Настольный выносной пульт управления терменвоксом



Переносный ручной пульт управления терменвоксом