The Singing Capacitor: How a Theremin Works

Mens tallerkenen lander og de lokale myndigheder råber efter at få kontrol, vil du sandsynligvis høre de uhyggelige toner af en theremin, der jamrer i lydsporet. Leon Theremin opfandt enheden i 1928. Det begyndte sit liv som en sovjetisk laboratoriekuriositet, før den udviklede sig til det instrument, vi kender i dag.

Inspireret af de viftende arme fra orkesterdirigenter brugte Theremin sin nærhedsdetektionsteknologi til at skabe et kontaktløst instrument. Siden da har theremin været et kendetegn for B-film og eksperimenterende musik, samt et perfekt DIY-projekt for nysgerrige musikere.

Stykker af Theremin

Det klassiske theremin-design er vildledende enkelt. Ved første øjekast ser det ud til blot at være en trækasse med en håndfuld betjeningselementer samt to slående industrielt udseende antenner i hver ende.

Den lodrette antenne styrer instrumentets tonehøjde, mens den vandrette antenne ændrer dets lydstyrke. Disse er kendt som henholdsvis pitch- og volumenantenner.

Så hvordan virker det?

I store træk skaber de to antenner elektromagnetiske felter, som interagerer med kunstnerens egen elektriske kapacitans.

Ved at vifte med hænderne i disse elektromagnetiske felter kan kunstneren præcist modificere variable oscillatorer i thereminens tonehøjde og volumenkredsløb. Dette giver dem mulighed for at spinde komplekse melodier, tilsyneladende ud af den blå luft!

Der er meget at pakke ud der. For at få en bedre idé om, hvordan dette virker, lad os udforske de to grundlæggende stykker, der udgør enhver synthesizer: oscillatorer og modifikatorer.

Hvad er en oscillator?

Når man diskuterer synthesizere, kan man tænke på en oscillator som lydkilden. For analoge synthesizere som theremin er en oscillator en elektrisk komponent, der genererer en AC-spænding. Dette visualiseres ofte som en sinusbølge:

Denne analoge oscillator og dens AC-spænding er hjertet i vores synthesizer. Alt andet er en modifikator – altså hvordan vi går fra en simpel vekselspænding til en syngende, klingende synthesizer!

Relaterede: Hvad er forskellen mellem AC og DC, og hvordan kan du konvertere dem?

Hver oscillator kan kun producere én lyd ad gangen. Tidlige synthesizere som theremin brugte en lille håndfuld oscillatorer, så de kunne kun producere en monofonisk ydeevne. Det betyder, at uanset hvor harmonisk kompleks eller bizar synthesizeren er, kunne kunstnere kun spille én tone ad gangen!

Det rejser spørgsmålet: hvordan går vi fra at generere en enestående AC-spænding til at udføre en musikalsk skala, endsige en hel komposition?

Modifikatorer laver musikken

Hvis oscillatorer af en synthesizer er motoren, den modifikatorerer hver anden del af bilen. Uden dem ville vi sidde fast uden nogen måde at komme i gang med, eller mere præcist, lave musik!

Som nævnt kan analoge oscillatorer i sagens natur kun producere én tone hver på et givet tidspunkt. Men vi kan stadig spille en musikalsk skala med en enkelt oscillator ved blot at ændre dens frekvens for hver tone.

For bedre at demonstrere denne idé, overvej en guitarstreng:

Denne streng er vores oscillator, og vores finger er modifikatoren. Ved at trykke ned på strengen ændrer vi dens spænding og som et resultat ændrer vi frekvensen af ​​den lydbølge, den udsender. Jo højere du bevæger dig op i guitarhalsen, jo højere spænding på strengen, og jo højere tone kommer der ud, når du plukker den.

På samme måde kan du bruge forskellige modifikatorer til at ændre tonehøjden for en oscillatorens enkelte tone. Dette giver dig mulighed for at spille komplicerede, omend monofoniske, melodier på thereminen.

Modifikatorer er ikke begrænset til at ændre frekvensen af ​​signalet; du kan også bruge dem til at ændre amplitudeaf AC-spændingen. For vores situation giver en stigning i amplitude en stigning i output lydniveau og omvendt.

Relaterede: Elektriske instrumenter, du kan bruge til at øve stille og roligt

At sætte brikkerne sammen

En klassisk theremin består af tre oscillatorer: to til den lodrette pitch-antenne og en til den vandrette volumenantenne.

Pitch-antennen

Pitch-antennekredsløbet består af en fast oscillator (en der oscillerer ved en indstillet frekvens) og en variabel oscillator (en hvis frekvens er modificeret af spilleren). Den variable oscillator er forbundet til den lodrette pitch-antenne. Denne pitch-antenne fungerer som den ene halvdel af en kondensator, mens den anden halvdel er kunstnerens hånd.

Uden at komme for dybt ind i det, er afstanden mellem to halvdele af en kondensator omvendt proportional med dens kapacitans. Derfor, når kunstneren flytter deres hånd tættere på pitch-antennen, øges kredsløbets kapacitans.

Med den variable oscillator kablet til at ændre frekvens med antennens kapacitans, kan du ændre pitch af theremin ved at flytte din hånd frem og tilbage af pitch-antennen!

Relaterede: Midi-controllere du kan bygge med en Arduino

Eller rettere sagt næsten.

Den variable oscillatorens frekvens ligger et godt stykke uden for den menneskelige hørelse. Som et resultat skal vi kombinere det med frekvensen af ​​den faste oscillator. Dette bruger princippet om heterodyning: to eller flere simple bølger, der samles for at danne en mere kompleks resulterende bølge.

For en theremin har den resulterende bølge en frekvens, der ligger godt inden for det menneskelige høreområde, hvilket giver den et omtrentligt fem-oktavområde.

Volumenantennen

Volumenantennen fungerer stort set på samme måde som pitch-antennen, bare uden heterodyning af to oscillatorer. I stedet er en enkelt variabel oscillator forbundet til volumenantennen. Variationerne af denne oscillator bestemmer volumen af ​​thereminen.

Endelig er du klar til at spille! Hvis du bringer din hånd tættere på pitch-antennen, hæves thereminens pitch. Hvis du bringer din hånd tættere på lydstyrkeantennen, reduceres dens lydstyrke. Det lyder enkelt, men at mestre theremin er lige så kompliceret som ethvert andet instrument. Du behøver i det mindste aldrig at gå på jagt efter et guitarpluk!

Få Elektricitet til at synge

Thereminen, opfundet i 1928 af Leon Theremin, udgør en unik udfordring for både spilleren og den elektroniske hobbyist.

Ikke alene får du chancen for at udforske et enestående unikt kredsløb, men du får også muligheden for at eksperimentere med en af ​​de mest genkendelige, men alien-klingende klange, der nogensinde er skabt.

Det eneste, der er mere udfordrende end at forstå en theremin, er at få en til at lyde godt!

Hvad betyder lydkvalitet og hvordan adskiller almindelige komponenter sig?

Gør højttalerkomponenter i lydkvalitet højttalere bedre? Hvad gør disse komponenter til lydkvalitet i første omgang, og er de overhovedet pengene værd?

Læs Næste

Om forfatteren