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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.

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Presentation Transcript
progetto e realizzazione di uno strumento musicale theremin

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.ssaCarla VACCHI

Correlatore: Dott.Daniele SCARPA

Elaborato di Laurea diNicola CODEGA

Anno Accademico 2007-2008

slide2

Strumento musicale elettronico analogico

  • ideato nel 1920 dal fisico russo Lev Sergeevič Termen (Leon Theremin);
  • Viene suonato attraverso l’uso di due antenne.

-Che cos’è un Theremin?-

Regola la nota emessa

Regola il volume della nota

slide3

-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?

slide4

-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.

slide6

-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

slide7

-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.
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-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.

slide9

-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.

slide10

-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.

slide11

-Theremin: schema a blocchi-

OSCILLATORE

VARIABILE

FILTRO

PASSA BASSO

MIXER

CASSAACUSTICA

OSCILLATORE

FISSO

CONTROLLO

VOLUME

Nel progetto si è deciso di non utilizzare

un’antenna come controllo del volume,

ma si è scelta una soluzione ottica:

una fotoresistenza.

slide12

-Oscillatore?-

  • a sfasamento;
  • a ponte di Wien;
  • Hartley;
  • Clapp;
  • Colpitts;
  • ……………
slide13

-Oscillatore fisso: Colpitts-

  • Scelto per:
  • forma d’onda generata priva di componenti
  • armoniche estranee.
  • alte frequenze generabili.
slide14

-Oscillatore fisso: Colpitts-

  • Scelto per:
  • forma d’onda generata priva di componenti
  • armoniche estranee.
  • alte frequenze generabili.
  • Blocco amplificatore

2) Condensatori di disaccoppiamento

3) Rete di feedback

slide15

-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.

slide16

-Theremin: schema a blocchi-

OSCILLATORE

VARIABILE

FILTRO

PASSA BASSO

MIXER

CASSAACUSTICA

OSCILLATORE

FISSO

CONTROLLO

VOLUME

slide17

-Moltiplicazione di due sinusoidi-

Operazionali con

slew rate limitato.

Necessità di ridurre

i segnali di ingresso.

slide18

-Moltiplicazione di due sinusoidi-

  • Integrato AD633JN della AnalogDevices:
  • implementa una moltiplicazione a quattro quadranti;
  • in particolare, esegue l’operazione
slide19

-Theremin: schema a blocchi-

OSCILLATORE

VARIABILE

FILTRO

PASSA BASSO

MIXER

CASSAACUSTICA

OSCILLATORE

FISSO

CONTROLLO

VOLUME

slide20

-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
slide21

-Filtraggio passa basso-

  • Sallen Key: funzione di trasferimento

Frequenza di

taglio posta a

3kHz,

dimensionando

le C e le R.

slide22

-Theremin: schema a blocchi-

OSCILLATORE

VARIABILE

FILTRO

PASSA BASSO

MIXER

CASSAACUSTICA

OSCILLATORE

FISSO

CONTROLLO

VOLUME

slide23

-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.
slide24

-Theremin: schema a blocchi-

OSCILLATORE

VARIABILE

FILTRO

PASSA BASSO

MIXER

CASSAACUSTICA

OSCILLATORE

FISSO

CONTROLLO

VOLUME

slide25

-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.

slide26

-Layout-

- Oscillatori

- Mixer

- Filtro

- Controllo del volume

- Stadio di uscita