Theremin numérique : Instrument de musique sans contact : 4 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Dans cette expérience avec Digital Electronics, je vais vous montrer comment générer de la musique (proche de celle-ci:P) sans toucher l'instrument de musique, en utilisant des oscillateurs et un ampli-op. Fondamentalement, cet instrument s'appelle Theremin, construit à l'origine à l'aide de dispositifs analogiques par un scientifique russe Léon Theremin. Mais nous allons concevoir cela en utilisant des circuits intégrés qui génèrent des signaux numériques et plus tard, nous les convertirons en analogiques pour la musique. J'essaierai également d'expliquer chaque étape du circuit. J'espère que vous aimerez cette mise en œuvre pratique de ce que vous avez étudié dans votre collège.

J'ai également conçu ce circuit sur www.tinkercad.com et effectué sa simulation de composants. Vous pouvez voir l'essayer et le manipuler à votre guise, car il n'y a rien à perdre, seulement Apprendre et s'amuser !

Étape 1: Composants

Voici la liste de tous les composants essentiels nécessaires à la construction de ce circuit:

1) MCP602 OpAmp (amplificateur différentiel) x1

2) CD4093 IC (4 portes NAND IC) x1

3) Résistances: 6x 10k, 1x 5,1k, 1x6,8k & 1x 1,5k

4) Potentiomètre: 2x 10k Pot

5) Condensateurs: 2x 100pF, 1x 1nF & 1x 4.7µF Condensateur (Électrolytique)

6) Planche à pain/carte PCB

7) Antenne télescopique (Minimum Req: 6 mm de diamètre et 40 cm + de longueur) OU il est préférable d'utiliser un tube en cuivre avec les dimensions données pour une meilleure sensibilité

8) Prise d'alimentation CC (5,5 mm x 2,1 mm) et prise audio (3,5 mm)

9) D'autres composants comme le fil et les pièces à souder

Remarque: vous pouvez trouver tous ces composants facilement sur une cabane Radio ou en ligne sur amazon/ebay. Notez également que dans le circuit tinkercad, l'ampli-op et les portes Nand sont différents, mais ils fonctionneront également. Si vous rencontrez des difficultés pour obtenir un composant, faites-le moi savoir.

Étape 2: Comprenons le fonctionnement du circuit

Ci-dessus, vous pouvez trouver l'image de la disposition du circuit pour référence.

Fonctionnement: Fondamentalement, theremin fonctionne sur le principe que nous générons deux signaux oscillatoires (onde sinusoïdale en analogique) à partir de deux oscillateurs différents- 1) L'un est un oscillateur fixe 2) Le second est un oscillateur variable. Et nous prenons essentiellement la différence de ces deux signaux de fréquence pour obtenir les signaux de sortie dans la plage de fréquences audibles (2 Hz à 20 kHz).

* Comment allons-nous?

Comme vous pouvez le voir, en dessous du circuit de porte NAND (U2B) se trouve un oscillateur fixe et le circuit de porte NAND ci-dessus (U1B) est un circuit oscillateur variable, dont la fréquence globale varie légèrement avec le mouvement de la main autour de l'antenne qui lui est connectée ! (Comment ?)

* Comment le mouvement de la main autour de l'antenne modifie-t-il la fréquence de l'oscillateur ?

Explication: En fait, l'antenne est connectée en parallèle avec le condensateur C1 ici. L'antenne agit comme l'une des plaques du condensateur et notre main agit comme l'autre côté de la plaque du condensateur (qui est mise à la terre à travers notre corps). Donc, fondamentalement, nous complétons le circuit capacitif supplémentaire (parallèle) et ajoutons donc une capacité globale au circuit. (Parce que des condensateurs en parallèle sont ajoutés).

* Comment les oscillations sont-elles générées à l'aide de la porte NAND ?

Explication: Initialement, l'une des entrées de la porte NAND (prenez U2B par exemple) est au niveau HAUT (1) et l'autre entrée est mise à la masse via C2 (c'est-à-dire 0). Et pour la combinaison (1 & 0) dans NAND GATE, nous obtenons la sortie HIGH (1).

Maintenant, lorsque la sortie devient ÉLEVÉE, via le réseau de retour de la sortie (via R3 et R10), nous obtenons une valeur ÉLEVÉE vers le port d'entrée précédemment mis à la terre. Donc, voici la chose réelle. Après le signal de retour, le condensateur C2 est chargé via R3 et après cela, nous obtenons les deux entrées de la porte NAND à HIGH LEVEL (1 & 1), et la sortie pour les deux entrées logiques HIGH est LOW (0). Donc, maintenant, le condensateur C2 se décharge à nouveau et celui de l'entrée de la porte NAND devient FAIBLE. Par conséquent, ce cycle se répète et nous obtenons les oscillations. Nous pouvons contrôler la fréquence de l'oscillateur en changeant la valeur de la résistance et du condensateur (C2) car le temps de charge du condensateur variera avec une capacité différente et donc la fréquence d'oscillation variera. C'est ainsi que nous obtenons un oscillateur.

* Comment obtenons-nous une fréquence musicale (audible) à partir de signaux haute fréquence ?

Pour obtenir une plage de fréquences audibles, nous soustrayons les deux signaux de fréquence l'un de l'autre pour obtenir des signaux de fréquence inférieure qui se trouvent dans la plage audible. Ici, nous utilisons l'amplificateur opérationnel comme dans l'étage d'amplification différentiel. Fondamentalement, à cette étape, il soustrait les deux signaux d'entrée pour donner le signal de différence amplifié (f1 - f2). C'est ainsi que nous obtenons une fréquence audible. Toujours pour filtrer les signaux indésirables, nous utilisons un filtre passe-bas pour filtrer le bruit.

Remarque: le signal de sortie que nous obtenons ici est très faible, nous avons donc besoin d'un amplificateur supplémentaire pour amplifier le signal. Vous pouvez concevoir votre propre circuit amplificateur ou simplement transmettre le signal de ce circuit à n'importe quel amplificateur.

J'espère que vous avez compris le fonctionnement de ce circuit. Encore des doutes ? N'hésitez pas à demander à tout moment.

Étape 3: Concevoir le circuit

Veuillez d'abord concevoir l'ensemble du circuit sur la planche à pain et le vérifier. Ensuite, concevez-le uniquement sur un PCB avec une soudure appropriée.

Remarque 1: il s'agit d'un circuit haute fréquence, il est donc conseillé de garder les composants aussi proches que possible.

Remarque 2: veuillez utiliser uniquement une alimentation +5 V CC (pas plus élevée), en raison des restrictions de tension IC.

Remarque 3: l'antenne est très cruciale dans ce circuit, veuillez donc suivre scrupuleusement toutes les instructions données.

Étape 4: Fonctionnement du circuit et simulation logicielle

Veuillez voir la simulation de circuit et sa vidéo.

J'ai ajouté le fichier de circuit Multisim, vous pouvez directement exécuter le circuit en l'utilisant et concevoir le vôtre et effectuer des manipulations.

Hé, j'ai également ajouté le lien du circuit Tinkercad (www.tinkercad.com/), là-bas vous pouvez concevoir votre circuit OU manipuler mon circuit également et effectuer des simulations de circuit également. Tout le meilleur pour apprendre et jouer avec.

Lien du circuit Tinkercad:

J'espère que vous avez aimé cela. J'essaierai de l'améliorer davantage et d'ajouter bientôt sa version analogique et basée sur un microcontrôleur (utilisant VCO) qui aura une meilleure réponse linéaire aux mouvements de geste de la main sur l'antenne. En attendant, profitez-en pour jouer avec ce thérémine.

Mise à jour: les gars, j'ai également conçu cet autre thérémine en utilisant LDR & 555