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PROGETTO E REALIZZAZIONE DI UNO STRUMENTO MUSICALE THEREMIN
Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni
Università degli Studi di Pavia
Relatore: Prof.ssa Carla VACCHICorrelatore: Dott. Daniele SCARPA
Elaborato di Laurea di Nicola CODEGA
Anno Accademico 2007-2008
-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 emessaRegola il volume della nota
-Principio fondamentale di funzionamento-
Principio “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 suono-
Il suono delle note può essere rappresentato come un’oscillazione sinusoidale meccanica del mezzo che lo trasporta.
Nel caso di strumenti elettronici, essoderiva necessariamente da una variabile elettrica
(tensione o corrente) oscillante.
Circuiti che realizzano questi segnalisono 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 funzionamento-
Come 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 funzionamento-
OSCILLATORE OSCILLATORE
Come sfruttare l’effetto eterdinamico in modo che si riesca a variare la nota di uno
strumento musicale?
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 iniziale-
Definiti 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-
OSCILLATOREVARIABILE
OSCILLATOREFISSO
MIXERFILTROPASSA BASSO
CONTROLLOVOLUME
CASS
A AC
UST
ICA
Nel progetto si è deciso di non utilizzare un’antenna come controllo del volume,ma si è scelta una soluzione ottica: una fotoresistenza.
-Oscillatore?-
• a sfasamento;• a ponte di Wien;
• Hartley;• Clapp;
• Colpitts;• ……………
-Oscillatore fisso: Colpitts-Scelto per: • forma d’onda generata priva di componentiarmoniche estranee.• alte frequenze generabili.
-Oscillatore fisso: Colpitts-Scelto per: • forma d’onda generata priva di componentiarmoniche estranee.• alte frequenze generabili.
1) Blocco amplificatore
2) Condensatori di disaccoppiamento
3) Rete di feedback
-Oscillatore variabile: Colpitts-Scelto per: • forma d’onda generata priva di componentiarmoniche estranee.• alte frequenze generabili.
Viene aggiunta l’antenna in parallelo a una delle due capacità C1/2 e rappresenterà una variazione del valoredi quella capacità.
-Theremin: schema a blocchi-
OSCILLATOREVARIABILE
OSCILLATOREFISSO
MIXERFILTROPASSA BASSO
CONTROLLOVOLUME
CASS
A AC
UST
ICA
-Moltiplicazione di due sinusoidi-
Operazionali con slew rate limitato.
Necessità di ridurrei segnali di ingresso.
-Moltiplicazione di due sinusoidi-
Integrato AD633JN della Analog Devices:
• implementa una moltiplicazione a quattro quadranti;
• in particolare, esegue l’operazione
-Theremin: schema a blocchi-
OSCILLATOREVARIABILE
OSCILLATOREFISSO
MIXERFILTROPASSA BASSO
CONTROLLOVOLUME
CASS
A AC
UST
ICA
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
-Filtraggio passa basso-
Frequenza di taglio posta a3kHz, dimensionando le C e le R.
-Theremin: schema a blocchi-
OSCILLATOREVARIABILE
OSCILLATOREFISSO
MIXERFILTROPASSA BASSO
CONTROLLOVOLUME
CASS
A AC
UST
ICA
-Controllo del volume-
Soluzione 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-
OSCILLATOREVARIABILE
OSCILLATOREFISSO
MIXERFILTROPASSA BASSO
CONTROLLOVOLUME
CASS
A AC
UST
ICA
-Stadio di potenza di uscita-
Progetto 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 amplificanoil segnale in ingresso presentando un’alta impedenza.
-Layout-
- Oscillatori- Mixer- Filtro- Controllo del volume- Stadio di uscita
-Immagini-
-Immagini-
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