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 >>

Звуковысотный орган терменвокса как емкостной датчик охранного устройства

Королёв Л.Д.

Доклады Юбилейной научно-технической конференции, посвященной 25-летию ЦНИИРЭС, 12-13 сентября 1996г. "Прогрессивные направления развития радиоэлектронных информационных комплексов и систем".
ОАО ЦНИИРЭС, 1997 год, стр. 175-181

Вы можете скачать:

скачать фотокопию статьи

Примечание редактора сайта.

1. Библиографическая ссылка в журналах «Радио» №8, №9 2005 года указана неверно.

Вместо «Сборник докладов научно-технической конференции ЦНИИРЭС»

следует читать:

«Доклады Юбилейной научно-технической конференции, посвященной 25-летию ЦНИИРЭС, 12-13 сентября 1996г. "Прогрессивные направления развития радиоэлектронных информационных комплексов и систем"».


2. Других докладов, посвященных терменвоксу или другим ЭМИ, в сборнике не содержится.

Терменвокс – первый электромузыкальный инструмент (ЭМИ), появившийся в нашей стране в 1921 г. и названный по имени изобретателя Л.С. Термена. ЭМИ типа терменвокс представлен двумя исполнительскими школами: школой игры «неприкасаемым способом» из положения стоя, предложенной Л.С. Терменом и школой игры при сидячей посадке исполнителя с кнопочной манипуляцией звуком и педальным регулятором громкости, предложенной К.И. Ковальским – официально первым солистом на терменвоксе.

Идея использования терменвокса (точнее его генераторной основы) как охранного устройства (ОУ) принадлежит Л.С. Термену. Известно, что Л.С. Термен в 1922 году привез в Кремль два варианта прибора: один для воспроизведения музыки, а другой – для демонстрации возможности использовать прибор в целях бесконтактной охранной сигнализации. Охранные устройства Л.С. Термена были установлены в Скифском отделе Эрмитажа в Петрограде, в так называемом Гохране, куда были свезены реквизированные в церквах огромные ценности, и других объектах.


Рис. 1. Упрощенная функциональная схема терменвокса


Рис. 2. Упрощенная функциональная схема охранного устройства

На рисунках 1, 2 приведены упрощенные функциональные схемы терменвокса и охранного устройства. Оба прибора содержат ультразвуковые генераторы постоянной частоты (ГПЧ) и управляемые генераторы (ГУ), частоты которых управляются изменениями электрических емкостей рука – антенна (в терменвоксе), либо рука – охраняемый экспонат (в ОУ). Сигналы с обоих генераторов суммируются в суммирующих цепях (СЦ) и детектируются детекторами биений (ДБ), которые выделяют слышимые, звуковые частоты биений. Дальнейшие пути обработки сигналов в ЭМИ и ОУ существенно расходятся. В современном терменвоксе сигнал биений подвергается импульсной обработке и фильтрации в формантных цепях (ФЦ) для формирования определенного банка тембров. Далее сигнал определенного тембра, выбранный с помощью пульта управления (ПУ), через манипулятор (М) и педаль управления громкостью (ПГ) воспроизводится усилителем воспроизведения (УВ). В ОУ сигнал с выхода детектора биений регистрируется того или иного типа сигнальным устройством (СУ).

Важными узлами функциональных схем генераторных основ терменвокса и охранного устройства являются элементы взаимных связей (ЭС) генераторов постоянной и переменной частоты. В качестве элемента взаимной связи может использоваться, например, конденсатор, подключенный к цепям обратных связей генераторов [1]. В терменвоксе, который (как музыкальный инструмент) всегда работает в режиме наличия биений, происходят частичное захватывание частот генераторов. В качественном аспекте частоты генераторов приближаются друг к другу тем быстрее, чем меньше расстройка, т.е. чем ниже высота тона. Это компенсирует естественный разбег октав инструмента прототипа по мере понижения высоты звука. Пространственный гриф инструмента становится равномерным, что улучшает качество исполнения музыки и облегчает процесс обучения игре [2].

ОУ в отличие от ЭМИ работает в двух режимах: «сторожевом» (рядом с экспонатом нет посторонних предметов, когда генераторы за счет взаимной связи засинхронизованы и биения на выходе детектора биений отсутствуют, и – «сигнальном», когда генераторы выходят из синхронизма за счет достаточно большого смещения частоты управляемого генератора при появлении рядом с экспонатом постороннего предмета. На выходе детектора биений появляются биения, факт наличия которых и регистрируется сигнальным устройством. Как в ЭМИ, так и в ОУ, глубина взаимных связей генераторов должна быть регулируемой, что необходимо для окончательной настройке устройств в каждом отдельном конкретном случае применения.

Антенный контур является звуковысотным органом ЭМИ, определяет его музыкальный диапазон, стабильность строя и в определенной степени структуру пространственного грифа, а в ОУ – определяет стабильность и надежность его работы. Следует отметить, что антенны ЭМИ и ОУ не излучают радиоволн и это название мы сохраняем лишь как традиционное.

При всем многообразии возможных конструкций и технических решений генераторов структуры эквивалентных схем и даже числовые значения отдельных составляющих эквивалентных схем ОУ и ЭМИ очень близки. Это объясняется определенной «стандартизацией» код комплекса человек – ЭМИ (либо человек – ОУ) ,так и современных технических требований: частотный диапазон настройки генераторов ограничен (60…95 кГц в ЭМИ и 25…95 кГц в ОУ), высота и диаметр антенны в ЭМИ ограничены (соответственно 300…400 мм и 7…9 мм), рост и размеры рук человека, определяющих конфигурацию и объем электрического поля человек – ЭМИ (либо человек – ОУ), имеют для нашего рассмотрения также относительно небольшие разбросы. Знание структуры антенного контура, количественных значений его компонент, пределов их изменений и влияния каждой из компонент на параметры управляемого генератора являются совершенно необходимыми при разработке, конструировании и регулировке как ЭМИ, так и ОУ самых разнообразных исполнительских школ и конструкций.


Рис. 3. Эквивалентная схема антенного контура терменвокса для
сидячей посадки исполнителя

Эквивалентная схема антенного контура терменвокса для исполнительской школы игры при сидячей посадке исполнителя приведена на рис. З. Пунктирной линией вычленена часть схемы, образующая емкостной датчик, с помощью которого производится управление высотой звука. Компоненты непосредственно участвующие в управлении высотой звука отмечены стрелками. Приводим обозначения компонент, их численные значения, характерные для правильно сконструированного и настроенного современного терменвокса, функциональное назначение и рекомендации по оптимизации основных компонент (все сказанное пригодно и для ОУ).

L = 150…300 мГн – полная индуктивность антенного контура. Обеспечивается малогабаритной секционированной, катушкой с подстроечным сердечником, содержащей несколько тысяч витков тонкого провода (0,06…0,07 мм).

R = 10…20 мОм – активное сопротивление контура, приведенное к параллельному включению.

Ск = 10 пФ – емкость постоянного конденсатора для стабилизации параметров (в терменвоксе может и отсутствовать).

Для ОУ на частотах менее 70 кГц эта емкость может иметь большую величину, кроме того ее следует предусмотреть переменной для подстройки генераторной основы с конкретным экспонатом. Сс = 6…8 пФ – собственная емкость контурной катушки (паразитная) – подлежит тщательной минимизации применением обмоточного провода только с двойной изоляцией (ПЭВ-2), намоткой типа «универсаль» или «полууниверсаль», секционированием намотки (практически достаточно трех секций).

Сак = 1…3 пФ – емкость между антенной и контурной катушками, либо – емкость между антенной обмоткой и обмоткой обратной связи в автотрансформаторном включении (паразитная) – подлежит минимизации, например, применением фторопластовых прокладок.

Сп = 1 пФ – емкость соединительного провода антенная катушка – держатель антенны ЭМИ (в ОУ это может быть токопроводящая подставка под металлический экспонат). Подлежит минимизации уменьшением диаметра и длины соединительного провода, не допуская однако снижения добротности антенного контура за счет чрезмерно близкого расположения антеннодержателя к контурной катушке; провисание провода и дрожание его при исполнении музыки не допускаются.

Сд = 1 пФ - емкость держателя антенны ЭМИ (либо емкость подставки под металлический экспонат в ОУ). Подлежит минимизации путем возможного уменьшения его геометрических размеров и применением материала для его крепления с малой диэлектрической проницаемостью.

Са = 4,5…6 пФ – емкость штыревой или телескопической антенны характерной для терменвокса (высота 300…400 мм, диаметр 7…9 мм). Для ОУ точное количественное значение этой емкости привести невозможно – она определяется размерами и формой охраняемого экспоната, а также – в небольших пределах диэлектрической проницаемостью материала экспоната. Для небольшой антенны, спрятанной в экспонате (из диэлектрика) или в переплете окна, она может составлять от единиц пикофарад до 10…20 пФ. Для антенны более крупных размеров, например, спрятанной в багете живописного полотна, – несколько десятков пикофарад. Если экспонат металлический (или металлизированный) – он сам и является антенной и подключается либо непосредственно в контур управляемого генератора, либо – через контактную подставку.

Сра = 5 пФ – емкость правая рука исполнителя – антенна. Это – основная рабочая емкость ЭМИ – выполняет главную роль в звуковысотной функции. Величина Сра изменяется от нескольких нанофарад на максимальном удалении руки от антенны до 3…4,5 пФ, когда выпрямленная ладонь правой руки параллельна антенне и находится от нее на расстоянии нескольких миллиметров. Указанные пределы изменения этой емкости в первом приближении справедливы и для ОУ.

Ска = 1 пФ – емкость корпус исполнителя – антенна ЭМИ (рабочая емкость). В ЭМИ в звуковысотной функции играет важную позиционную роль: при переходе с низких звуковысотных позиций на более высокие она увеличивается – исполнитель приближает свой корпус к антенне – и наоборот. В ОУ – это емкость корпус человека – экспонат.

Снп + Скк = 90…120 пФ – в ЭМИ это суммарная емкость корпус исполнителя – корпус инструмента и емкость нога исполнителя – педаль громкости – косвенным образом участвует в звуковысотной функции – дает возможность исполнения «трели» (быстрое чередование звуков разной высоты). Эта суммарная емкость определяется в основном емкостью человеческого тела в свободном пространстве. В веду малости емкости Снп – составляет как для ЭМИ, так и для ОУ указанную выше величину.

Срк = 0,5 пФ – емкость левая рука – корпус ЭМИ – подлежит минимизации применением качественных материалов для пульта управления, кнопок манипулятора и подставки для левой руки с достаточным запасом по толщине материалов. В ОУ эта емкость отсутствует.

S, Ст, Rt = 20…200 кОм – элементы «трели» – соответственно идеальный контакт касания палец левой руки – металлический язычок «трели», емкость контакта касания и активное сопротивление контакта касания («трель» исполняется легким касанием пальцем левой руки исполнителя металлического язычка электрически соединенного с общим проводом). В ОУ элементы «трели» отсутствуют.


Рис. 4. Эквивалентная схема емкостного датчика
терменвокса для игры из положения стоя

В эквивалентной схеме емкостного датчика ЭМИ для игры «неприкасаемым способом» (рис. 4) емкость Снп и элементы «трели» отсутствуют, а емкость Срк становится переменной, т.к. левая рука исполнителя осуществляет функцию управления громкостью. Изменения емкости Срк в процессе исполнения музыки приводят к некоторой зависимости высоты звука от громкости, заметной в басовом регистре. При конструировании ЭМИ следует стремиться к возможному уменьшению диапазона изменения емкости Срк.


Рис. 5. Эквивалентная схема емкостного датчика
охранного устройства

Эквивалентная схема емкостного датчика ОУ приведена на рис. 5. Поскольку сама аппаратура ОУ достаточно малогабаритна и находится на относительно большом удалении от человека, емкость Скк практически постоянна и определяется ёмкостью человека в свободном пространстве, т.е. не превышает величины 120…150 пФ.

Литература

  1. Термен Л.С., Королев Л.Д. Электромузыкальный инструмент типа терменвокс, а.с. №1048503. 1983 г.
  2. Королев Л.Д. Современный Терменвокс, «Радио», 1985. 2, 3.