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 >>

Простой терменвокс (начало)

Л. Королев. Журнал: «Схемотехника», №12, 2003 год, стр. 28-30

В статье приведено описание терменвокса, предназначенного для исполнения музыкальных программ в профессиональной и самодеятельной музыкальной практике, а также для получения различных эффектов. Предлагаемая конструкция доступна для повторения радиолюбителями средней квалификации.

Первый электромузыкальный инструмент (ЭМИ), пригодный для практического применения, был построен в России в 1921 г. и получил название «терменвокс» по имени его изобретателя Л. С. Термена. Это был инструмент с бесконтактным (пространственным) управлением высотой звука, он не имел ни клавиатуры, ни грифа в их привычном виде.

Терменвокс представлен двумя исполнительскими школами. Первая школа игры – «неприкасаемым способом» в положении стоя – предложена Л. С. Терменом. Правая рука здесь управляет высотой звука: при приближении руки к антенне высота звука повышается. Левая рука определяет громкость звука – при удалении левой руки от второй антенны громкость звука увеличивается. Слова «неприкасаемым способом» взяты в кавычки, т. к. в физическом плане имеет место полный контакт исполнителя с инструментом через невидимое и неосязаемое электрическое поле. Эта школа из- за инерционности движения левой руки позволяет исполнять только мелодии кантиленного (плавного, певучего) характера, значительно обедняя терменвокс как ЭМИ. Здесь же следует отметить еще один недостаток данной школы – взаимную зависимость высоты и громкости звука при исполнении музыки, дополнительно затрудняющую работу исполнителя при этом способе игры. Высота и громкость звука здесь в равной степени взаимосвязаны, но, поскольку разрешающая способность человеческого слуха по громкости значительно меньше, чем по частоте, изменения громкости при управлении высотой звука мы не замечаем. Совершенно иначе обстоит дело с высотой. Паразитные изменения высоты звука не постоянны в музыкальном диапазоне – в верхнем регистре они незаметны, а в басовом могут составлять малую терцию (около 20 % по частоте)! Это следует из анализа структуры управляющего контура терменвокса [1] и полностью подтверждается практически.

Вторая школа игры – в положении сидя с кнопочной манипуляцией звуком и педальным регулятором громкости – предложена в начале 20-х годов первым солистом и мастером выразительной игры на терменвоксе К. И. Ковальским (1890–1976 г.). Он отдал терменвоксу около 50 лет своей жизни. За это время в СССР им было дано более 3000 концертов как в сольном исполнении на терменвоксе, так и совместно с выдающимися мастерами советской сцены, такими как В. В. Барсова, Н. А. Обухова, В. Р. Петров и многими другими. Правая рука исполнителя, как и первом в случае, определяет высоту звука, громкость управляется с помощью ножной педали, а левая рука лежит на пульте управления инструментом и манипулирует кнопками, формирующими начальную (атака) и конечную (затухание) фазы звукового процесса. Все это позволяет исполнителю оперативно переключать режимы работы, исполнять такие важные музыкальные приемы, как, например, стакатто, трель, пиццикато, что, конечно, невозможно сделать, пользуясь школой игры «неприкасаемым» способом. Эта исполнительская школа полностью свободна от взаимной зависимости высоты и громкости звука при исполнении музыки и наряду с кантиленой позволяет исполнять музыку головокружительной виртуозности, а также различные музыкальные эффекты – свисты, вой ветра, пение птиц и многие другие, могущие найти применение при озвучивании фильмов, театральных постановок и в других случаях.

На протяжении своей творческой деятельности К. И. Ковальский всегда пользовался только своей школой игры, исполняя такие виртуозные произведения, как «Полет шмеля» Н. Римского- Корсакова, «Неаполитанская песенка» П. Чайковского, «Ария Розины» Дж. Россини. Конструктивное оформление и схемотехнические решения инструментов этих двух исполнительских школ отличаются.

Предлагаемый терменвокс принадлежит к группе инструментов второй школы игры исполнителя. Он предназначен для исполнения музыкальных программ в профессиональной и самодеятельной музыкальной практике, а также для получения различных музыкальных эффектов. Возможность работы от встроенного автономного источника питания, наличие простого ручного пульта управления и внутреннего громкоговорителя, а также небольшие габариты и вес позволяют использовать инструмент наряду, например, с гитарой как хороший аксессуар в культурно-массовой работе.

Звуковысотный диапазон терменвокса охватывает все октавы основных тонов, практически всю обертонную шкалу и составляет 15 кГц. Имеется возможность исполнения различной глубины трели.

Тембр принадлежит к классу голосовых; желаемая нюансировка («жесткость» тембра) устанавливается соответствующей регулировкой.

Устройство формирования атаки и затухания звука обеспечивает фиксированные (усредненные для кантилены и колоратуры) значения начальных и конечных фаз звука и регулируемые в широких пределах атаку и затухание. Имеется режим длительного затухания, имитирующего звучание струны, возбужденной щипком, или звучание гавайской гитары с оперативным переходом на обычное звучание и обратно.

Громкость звука управляется ножной педалью.

Инструмент питается от сети переменного тока частотой. 50 Гц и напряжением 220 В или от двух батарей типа 3336. Ток покоя при питании от батарей – не более 20 мА.

Масса основного блока с двумя пультами управления (без педали) – 1,6 кг.

Блочно-структурная схема инструмента показана на рис. 1. В основной блок входят: генераторно-манипуляторный блок (ГМБ), антенна (штырь) управления высотой звука, индикатор длины пространственного грифа (ИДГ), усилитель мощности звуковой частоты с электродинамической головкой (УМЗЧ), а также устройство питания с сетевым фильтром (на схеме не показано). Готовый для звуковоспроизведения электрический сигнал формирует ГМВ, состоящий из двух генераторов ультразвуковой частоты, суммирующей цепи, детектора биений, манипулятора и выходного эмиттерного повторителя. Сформированный сигнал через педаль (П) управления громкостью поступает на встроенный и внешние усилители мощности. ИДГ, информацией для которого является сигнал с выхода детектора биений, по факту начала биений (момент начала мигания светодиода), позволяет оценить длину полного пространственного грифа. Это помогает производить необходимую установку длины грифа перед игрой, не воспроизводя звук через громкоговорители.


Рис. 1. Блочно-структурная схема терменвокса

Основной пульт управления (ОПУ) обеспечивает выбор необходимого режима работы и формирует напряжение, управляющее манипулятором ГМБ для получения требуемых атаки и затухания звука. Предусмотрен также ручной пульт управления (РПУ) с несколько ограниченными функциями, подключаемый вместо ОПУ при размещении основного блока на вертикальной штанге для игры в положении стоя, либо в других случаях применения терменвокса, например, в цирковом искусстве.

Принципиальная схема генераторно-манипуляторного блока показана на рис. 2. Генераторы переменной частоты (VT1) и постоянной частоты (VT2) собраны по схеме индуктивной трехтонки. Для получения высокой стабильности разностной частоты (следовательно, и музыкального строя) схемотехническое построение, контурные системы и однофункциональные детали выбраны попарно-идентичными. Конденсатор С2 служит эквивалентом суммарной емкости штыря, его клеммы крепления и соединительного провода клемма–контур генератора. Полная структура всего контура управления (штырь–катушка L1) достаточно сложна, например, его эквивалентная схема содержит для школы игры при сидячей посадке исполнителя 16 (!) хорошо расчлененных и имеющих количественную оценку естественно необходимых, паразитных и рабочих компонент [1].


Рис. 2. Принципиальная схема генераторно-манипуляторного блока

Конденсатор СЗ является элементом взаимной связи генераторов, точнее дополнением к естественной взаимной связи, которая возникает через электрическое и магнитное поля между катушками. Устранение излишней связи в описываемом варианте осуществляется частичной экранировкой генераторов – конструктивным размещением платы ГМБ между двумя параллельными токопроводящими поверхностями (см. ниже). Наличие взаимной связи приводит к частичному захватыванию частот, что исключительно важно для выравнивания мензуры низкочастотного участка пространственного грифа. В качественном аспекте частоты генераторов при этом приближаются друг к другу тем быстрее, чем меньше расстройка (чем ниже частота звука). Это и компенсирует естественный разбег октав инструмента по мере понижения высоты тона – гриф на определенном участке становится равномерным, а на самых низких малоупотребительных звуках гриф снова суживается [2]. Все это дает исполнителю полноценно использовать весь гриф.

Однако этим положительная роль взаимной связи генераторов не ограничивается. По мере сближения частот генераторов относительный спектральный состав биений, т. е. сигнал звуковой частоты расширяется. Это сообщает звуку естественность, живость тембра в музыкальном диапазоне – те характеристики, к которым привык слух с незапамятных времен человеческого существования (расширение относительного спектрального состава звуковых колебаний свойственно практически всем обычным инструментам и человеческому голосу). Таким образом, взаимная связь генераторов, являющаяся большим злом в радиотехнических устройствах, применительно к терменвоксу играет исключительно важную и принципиальную роль. Однако рассмотрение этого интересного явления выходит за рамки статьи.

Суммирующая цепь выполнена на резисторах R5, R6, R7. С выхода усилителя (VT3) сигнал поступает на детектор биений (VT4), являющийся одновременно и усилителем. Нелинейным элементом является базово-эмиттерный переход VT4. Особенностью узла является детектирование биений на разных участках транзисторной характеристики. Для этого на базу транзистора VT4 с делителя напряжения R13–R15 подается смещение, которое может регулироваться резистором R14. Это приводит к видоизменению формы кривой биений, что и определяет различные тембровые оттенки. Такой простой способ темброобразования в практике терменвокса применяется впервые. Ручка регулировки резистора R14 повышенной оперативности и выведена на заднюю стенку инструмента.

Цепь R17C9 подавляет сигналы генераторов. Резистор R18 непринципиален для работы устройства – он снимает возможные случайные заряды, например, от статического электричества, которые могут появиться на обкладках конденсаторов С8–С10.

Манипулятор выполнен на самодельном оптроне R24HL1. Сопротивление фоторезистора и входное сопротивление эмиттерного повторителя (VT5) составляют управляемый делитель напряжения. Достоинством оптрона является возможность амплитудной обработки сигналов больших уровней при полном отсутствии щелчков во время манипуляции и простота схемотехнического выполнения. Светодиод HL1 включен в цепь эмиттерного повторителя (VT6), на вход которого с выхода пульта управления поступает управляющее напряжение. Резистор RK1 служит для термокомпенсации оптрона.


Рис. 3. Принципиальные схемы основного (а) и ручного (б) пультов управления

Принципиальные схемы основного и ручного пультов управления показаны на рис. 3, а и б соответственно. Манипуляция осуществляется магнитоуправляемыми контактами-кнопками SB1–SB3 (рис. 3, а) с самовозвратом, включенными для расширения исполнительских возможностей параллельно. Инвертор выполнен на транзисторе VT1, резистор R5 – токоограничивающий. Тумблер SA1 служит для установки режимов «готовые атака-затухание» и «регулируемые атака-затухание». С помощью кнопки SB4 с самовозвратом производится оперативный переход на режим длительного затухания звука (струнное звучание) и обратно, а кнопка SB5 с самовозвратом служит для окончания длительного затухания (глушение струны). Тумблер SA2 дублирует кнопку SB1 при длительной репетиционной работе. Все коммутационные элементы на схеме (рис. 2) показаны в режиме «готовые атака–затухание» звука. Конденсатор С1 здесь подключен к делителю напряжения R9R6. При нажатии на одну из кнопок SB1–SB3 на коллекторе VT1 появляется напряжение источника питания и происходит зарядка конденсатора С1 до напряжения делителя, которое определяет атаку (в основном это сопротивление резистора R9, а сопротивлением резистора R5 можно пренебречь). При отпускании манипуляционной кнопки конденсатор С1 разряжается через резистор R6, номинал которого и определяет затухание. Вручную атаку (R10) и затухание (R7) устанавливают в другом положении тумблера SA1.

Для имитации звучания струнных инструментов и гавайской гитары нажимают и удерживают во время исполнения кнопку SB1. Манипулируют звук очень коротким легким ударом по одной из кнопок SB1–SB3. Жесткую атаку в этом случае определяет малая постоянная времени зарядки конденсатора через внутреннее сопротивление транзистора VT1 и резистор R5. Следует отметить, что в описываемом варианте атака определяется, в основном, постоянной времени включения оптрона манипулятора, которая заметно превышает только что указанную. Длительное затухание (примерно 3 с) определяется большим сопротивлением разрядной цепи, состоящей из резисторов R3, R4 и стабилитрона VD1. Скорость разрядки конденсатора С1 зависит от напряжения на нем – при его уменьшении скорость разрядки уменьшается, что улучшает акустические характеристики звука. Кнопка SB5 служит для более быстрой разрядки – имитации глушения звучащей струны пальцем. Исполнение трели производится легким касанием указательным пальцем (или мизинцем) одного из металлических язычков, имеющих электрические контакты с общим проводом.

Принципиальная схема ручного пульта управления (рис. 3, б) повторяет в упрощенном варианте схему основного пульта. Манипуляция осуществляется здесь двумя обычными контактными кнопками SB1, SB2 с самовозвратом в режиме «готовые атака-затухание». Для имитации гавайской гитары нажимается (мизинцем) кнопка SB3, а имитация глушения струны осуществляется коротким отпусканием с повторным нажатием этой кнопки. Остальные режимы отсутствуют.

Рис. 4. Принципиальная схема индикатора длины полного грифа

На рис. 4 и 5 показаны принципиальные схемы соответственно индикатора длины полного грифа и внутреннего УМЗЧ. Светодиод HL1 реагирует на положительные полуволны напряжения детектора биений. Ток покоя оконечных каскадов микросхемы УМЗЧ (5…6 мА) устанавливается резистором R5 (рис. 5).


Рис. 5. Схема усилителя мощности звуковой частоты

На рис. 6 приведена принципиальная схема блока питания. Он включает в себя сетевой выпрямитель-стабилизатор (в корпусе адаптера), сетевой фильтр L1L2C1C2 и элементы включения. При автономном питании вместо выпрямителя-стабилизатора устанавливают две батареи 3336.


Рис. 6. Принципиальная схема блока питания

Конструктивно основной блок инструмента выполнен в пластмассовом корпусе от бытового громкоговорителя с габаритными размерами 220×155×80 мм. В левой верхней части корпуса размещен генераторно-манипуляторный блок, в правой – динамическая головка, на вертикальных стойках – плата УМЗЧ. В правой нижней части корпуса расположено устройство питания. Левая нижняя сторона корпуса свободна для возможных (см. ниже) усовершенствований ЭМИ. Все указанные узлы установлены на основание из фанеры (5…6 мм), которое вплотную вдвигается в корпус. В середине корпуса для крепления штыря установлена клемма с резьбой М5. Штырь – двухсекционная телескопическая антенна из хромированной латунной трубки диаметром 7 мм. В секцию малого диаметра впаивается латунная вставка с резьбой М5 и фланцем 9 мм для надежной (без боковых покачиваний) посадки в клемму штыря. Внизу штыря имеется круглый поролоновый венчик (диаметр 40…45 мм, толщина 10…12 мм), служащий для исполнителя постоянной ориентацией положения штыря, а также играющий важную роль при исполнении некоторых музыкальных эффектов.

Снаружи передняя часть основного блока (сторона, обращенная к публике) закрыта декоративной решеткой из пластмассы. Задняя стенка обращена к исполнителю и изготовлена из двухсторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм, она является также электростатическим экраном. Слева внизу на ней расположены разъем подключения сетевого питания X1, разъем для подключения пульта управления Х2, разъем для подключения педали ХЗ, резистор регулировки тембра, резистор регулировки громкости УМЗЧ, плата индикатора длины грифа. В правом нижнем углу установлены включатель питания и предохранитель сети. На дне корпуса располагается план-шайба с резьбой М10 для установки основного блока на вертикальной штанге. В дне корпуса и в верхней части задней стенки имеются отверстия для вентиляции (по 20–30 отверстий диаметром 5,5 мм). К внутренней левой стороне и части внутренней верхней стороне корпуса, не доходящей на 20…25 мм до клеммы штыря, приклеивают экран из медной или латунной фольги (применять алюминиевую фольгу не следует). Плата генераторного блока со стороны проводящих слоев экранируется пластиной (по размеру платы) из фольгированного стеклотекстолита. Все крепящие детали основного блока должны либо иметь надежный электрический контакт с общим проводом, либо надежно изолироваться от него. Наличие случайного плавающего контакта любой крепежной детали неизбежно приведет к скачкам высоты звука, что сделает невозможным использование устройства в качестве ЭМИ.

Основной пульт управления собран в диэлектрическом пластмассовом корпусе размерами 95x140x30 мм. Точное размещение органов управления лучше всего произвести для конкретного исполнителя. При этом следует исходить из следующих предпосылок. Кнопки манипулятора возможно точнее должны лежать под подушечками указательного, среднего и безымянного пальцев левой руки, лежащей на подставке и расположенной под третьей фалангой большого пальца. Кнопка струнного звучания нажимается мизинцем (и держится во время исполнения), а глушения звучания – кратковременным нажатием кнопки SB2 большим пальцем. Глушение звучания может производиться также и кратковременным отпусканием (с последующим нажатием) кнопки SB1. Трель исполняется легким касанием указательным пальцем или мизинцем одного из язычков, расположенных по обе стороны кнопок DA1 – DA3. Все вышеуказанные операции осуществляются во время исполнения музыки без снятия левой руки с подставки. Подставка (диаметр 30…35 мм, высота 15…25 мм) может быть изготовлена из любого изоляционного материала. Сверху на подставку наклеивают фетровый кружок, на который перед работой музыканта накладывают сменный кружок большего диаметра из байки или фланели. Кнопки манипулятора выступают над поверхностью пульта приблизительно на 5 мм. Соединительные провода уложены в гибкую хлорвиниловую трубку. Ручной пульт управления также собран в пластмассовом корпусе размерами 90×42×20 мм. Кнопки манипулятора и перехода на струнное звучание расположены на боковой стенке корпуса и обслуживаются указательным, средним пальцем и мизинцем левой руки.

Окончание следует

Лев Королев,
editor@dian.ru.

Литература:

  1. Л. Д. Королев. Звуковысотный орган терменвокса как емкостный датчик охранного устройства, Сб. докл. научно-техн. юбил. конф. ЦНИИРЭС. – Москва, 1997, ч. 1, с. 175–181.
  2. Л. С. Термен, Л. Д. Королев. Электромузыкальный инструмент типа терменвокс. – Авт. с вид. СССР, № 1048503, 1983.
  3. Л. Д. Королев. Современный терменвокс. – Радио, 1985, № 2, с. 43– 46, № 3, с. 38–40.
  4. Л. Д. Королев. Визуализация пространственного грифа терменвокса. – Радио, 1982, № 5, с. 44–46.