Università degli Studi di Pavia
Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni
PROGETTO E REALIZZAZIONE DI UNO
STRUMENTO MUSICALE THEREMIN
Relatore: Prof.ssa Carla VACCHI
Correlatore: Dott. Daniele SCARPA
Anno Accademico 2007-2008
Elaborato di Laurea di
Nicola CODEGA
-Che cos’è un Theremin?• Strumento musicale elettronico analogico
ideato nel 1920 dal fisico russo Lev Sergeevič Termen (Leon
Theremin);
• Viene suonato attraverso l’uso di due antenne.
Regola la nota emessa
Regola il volume della nota
-Principio fondamentale di funzionamentoPrincipio “eterdinamico”: una mano o un qualsiasi
oggetto, posto in prossimità di un’antenna, rappresenta
una capacità inserita tra il nodo del circuito a cui è
collegata l’antenna e massa.
Come viene sfruttato questo effetto in modo da
variare la nota di uno strumento musicale?
-Il suonoIl suono delle note può essere rappresentato come
un’oscillazione sinusoidale meccanica del mezzo che lo trasporta.
Nel caso di strumenti elettronici, esso
deriva necessariamente da una variabile elettrica
(tensione o corrente) oscillante.
Circuiti che realizzano questi segnali
sono detti, appunto, oscillatori.
-Oscillatori armonici-
-Oscillatori armonici (2)-
Obiettivo dell’oscillatore è quello di autosostenere
il segnale che circola nell’anello, con segnale nullo all’ingresso.
Quindi, quando all’interno dell’anello si genera un segnale sinusoidale…
…esso deve continuare a presentarsi, anche se l’ingresso è assente.
criterio di Barkhausen
-Principio di funzionamentoCome sfruttare l’effetto eterdinamico in modo che
si riesca a variare la nota di uno
strumento musicale?
In generale, per quanto riguarda gli oscillatori armonici:
• i componenti che costituiscono la rete di feedback f
sono realizzati con capacità e induttanze;
• la frequenza di oscillazione dipende da questi valori.
-Principio di funzionamentoCome sfruttare l’effetto eterdinamico in modo che
si riesca a variare la nota di uno
strumento musicale?
OSCILLATORE
OSCILLATORE
Avvicinare/allontanare la mano dall’antenna equivale a presentare
una capacità aggiuntiva e variabile: di conseguenza varia anche
la frequenza di oscillazione dell’oscillatore armonico.
-Theremin: discussione iniziale• la banda udibile va da circa 20 Hz a 20 kHz;
• costruire oscillatori che presentano queste frequenze
vorrebbe dire utilizzare capacità/induttanze
di valore elevato;
è più semplice allora costruire
due oscillatori ad alta frequenza, miscelare
le due sinusoidi create e filtrarle passa-basso.
-Theremin: discussione inizialeDefiniti due segnali sinusoidali (con fase iniziale nulla per semplificare)
è più semplice allora costruire
due oscillatori ad alta frequenza, miscelare
le due sinusoidi create e filtrarle passa-basso.
-Theremin: schema a blocchi-
MIXER
CASSA
ACUSTICA
OSCILLATORE
VARIABILE
FILTRO
PASSA
BASSO
OSCILLATORE
FISSO
Nel progetto si è deciso di non utilizzare
un’antenna come controllo del volume,
ma si è scelta una soluzione ottica:
una fotoresistenza.
CONTROLLO
VOLUME
-Oscillatore?-
• a sfasamento;
• a ponte di Wien;
• Hartley;
• Clapp;
• Colpitts;
• ……………
-Oscillatore fisso: ColpittsScelto per:
• forma d’onda generata priva di componenti
armoniche estranee.
• alte frequenze generabili.
-Oscillatore fisso: ColpittsScelto per:
• forma d’onda generata priva di componenti
armoniche estranee.
• alte frequenze generabili.
1) Blocco amplificatore
2) Condensatori di
disaccoppiamento
3) Rete di feedback
-Oscillatore variabile: ColpittsScelto per:
• forma d’onda generata priva di componenti
armoniche estranee.
• alte frequenze generabili.
Viene aggiunta l’antenna
in parallelo a una delle due capacità
C1/2 e rappresenterà
una variazione del valore
di quella capacità.
-Theremin: schema a blocchi-
MIXER
CASSA
ACUSTICA
OSCILLATORE
VARIABILE
FILTRO
PASSA
BASSO
OSCILLATORE
FISSO
CONTROLLO
VOLUME
-Moltiplicazione di due sinusoidi-
Operazionali con
slew rate limitato.
Necessità di ridurre
i segnali di ingresso.
-Moltiplicazione di due sinusoidiIntegrato AD633JN della Analog Devices:
• implementa una moltiplicazione a quattro quadranti;
• in particolare, esegue l’operazione
-Theremin: schema a blocchi-
MIXER
CASSA
ACUSTICA
OSCILLATORE
VARIABILE
FILTRO
PASSA
BASSO
OSCILLATORE
FISSO
CONTROLLO
VOLUME
-Filtraggio passa basso-
Sallen Key
• guadagno regolabile facilmente con un operazionale retroazionato;
• due poli coincidenti per attenuare maggiormente le alte frequenze;
• realizza la funzione di trasferimento
-Filtraggio passa basso-
Sallen Key: funzione di trasferimento
Frequenza di
taglio posta a
3kHz,
dimensionando
le C e le R.
-Theremin: schema a blocchi-
MIXER
CASSA
ACUSTICA
OSCILLATORE
VARIABILE
FILTRO
PASSA
BASSO
OSCILLATORE
FISSO
CONTROLLO
VOLUME
-Controllo del volumeSoluzione ottica al posto della classica antenna orizzontale:
fotoresistenza NSL-19M51
Funzione di trasferimento:
Con opportuni valori si ottiene:
• Fotoresistenza oscurata ha un valore di 20 M Ohm: Vout si annulla;
• Fotoresistenza illuminata ha un valore di 0 Ohm: Vout=-Vin.
-Theremin: schema a blocchi-
MIXER
CASSA
ACUSTICA
OSCILLATORE
VARIABILE
FILTRO
PASSA
BASSO
OSCILLATORE
FISSO
CONTROLLO
VOLUME
-Stadio di potenza di uscitaProgetto iniziale: pilotare una cassa passiva da 8 Ohm
Necessità di uno stadio che fornisca sufficiente quantità
di corrente al carico di bassa impedenza.
Progetto finale: si utilizzano delle casse attive che amplificano
il segnale in ingresso presentando un’alta impedenza.
-Layout- Oscillatori
- Mixer
- Filtro
- Controllo del volume
- Stadio di uscita
-Immagini-
-Immagini-
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