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- -Immagini-