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Progettazione e realizzazione di uno strumento musicale theremin

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Progettazione e realizzazione di uno strumento musicale theremin Powered By Docstoc
					                         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                            Elaborato di Laurea di
Correlatore: Dott. Daniele SCARPA                                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 emessa
        Regola 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, 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 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-
    Come 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 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-


       OSCILLATORE
        VARIABILE




                                                                  ACUSTICA
                                             FILTRO




                                                                   CASSA
                              MIXER          PASSA
                                             BASSO

       OSCILLATORE
          FISSO



                                                      CONTROLLO
Nel progetto si è deciso di non utilizzare             VOLUME
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 componenti
armoniche estranee.
• alte frequenze generabili.
                 -Oscillatore fisso: Colpitts-
Scelto 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: Colpitts-
Scelto 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-


OSCILLATORE
 VARIABILE




                                               ACUSTICA
                          FILTRO




                                                CASSA
               MIXER      PASSA
                          BASSO

OSCILLATORE
   FISSO



                                   CONTROLLO
                                    VOLUME
-Moltiplicazione di due sinusoidi-




Operazionali con      Necessità di ridurre
slew rate limitato.   i 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-


OSCILLATORE
 VARIABILE




                                               ACUSTICA
                          FILTRO




                                                CASSA
               MIXER      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-


OSCILLATORE
 VARIABILE




                                               ACUSTICA
                          FILTRO




                                                CASSA
               MIXER      PASSA
                          BASSO

OSCILLATORE
   FISSO



                                   CONTROLLO
                                    VOLUME
                  -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-


OSCILLATORE
 VARIABILE




                                               ACUSTICA
                          FILTRO




                                                CASSA
               MIXER      PASSA
                          BASSO

OSCILLATORE
   FISSO



                                   CONTROLLO
                                    VOLUME
                -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 amplificano
il segnale in ingresso presentando un’alta impedenza.
       -Layout-
- Oscillatori
- Mixer
- Filtro
- Controllo del volume
- Stadio di uscita
-Immagini-
-Immagini-
-Immagini-

				
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posted:11/14/2012
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