Theremin: Das elektrische Musikinstrument

Allgemein:

(English) Ein Theremin ist ein elektrisches Musikinstrument, welches durch zwei Schwingkreise geregelt wird, indem an einem Schwingkreis eine Antenne angeschlossen ist. Durch Annäherung der Hand wird die Kapazität geändert und somit auch die Frequenz des Schwingkreises. Schlussendlich hört man die Differenz zwischen den beiden Schwingkreisen.

Aufbau:

Hierfür habe ich folgende Schaltung genommen.

Die Stückliste ist wie folgt:
  • OPV TL071 x2
  • LM386 x1

    Kondensator:
  • 100 nF x2
  • 220 nF x2
  • 47 pF x2
  • 47 nF x1
  • 100 pF x1
  • 10 nF x1
  • Elko 220 u x3

    Widerstand:
  • 100 k  x4
  • 22 k x4
  • 47 k x2
  • 10 x1

    Potentiometer:
  • 100k x1
  • 10k x2

    Sonstiges:
  • Diode 1N4007 1
  • BAT42 2
  • Antenne
  • Lautsprecher
Um das Theremin mit Strom zu versorgen werden entweder 2 9V-Akkus benötigt die in Reihe geschaltet sind oder sonstige 18V Spannungsdifferenz. Mit Netzteilen ist es kritisch, da diese eine richtige Erdung brauchen. Eignen könnten sich dafür diese Stecker, falls man so wie ich zwei 9V-Netzteile hat. Alles aufgebaut sieht dies dann auf dem Steckbrett in etwas so aus (Mit zusätzlichem Lautsprecheranschluss und On-Off Schalter): Wichtig ist, dass kurze Kabel verwendet werden und knapp über dem Steckbrett, da das Theremin sehr stark dadurch beeinflusst wird und sich deswegen die Tonhöhe ändert.
Steckerkonstruktion als +-9V Quelle
Wie zu sehen, habe ich mir eine Antennenhalterung aus dem 3D Drucker gedruckt (STL-Datei). 
Als Antenne eignet sich so ziemlich jeder elektrisch leitender Stoff der fest ist. 
Wird nun noch alles in ein Gehäuse aus dem 3D-Drucker von meinem Bruder eingebracht sieht dies wie folgt aus: 





Hier kann jedes Einzelteil für das Gehäuse gedruckt werden bzw. noch nachgearbeitet werden.

 Anwendung:

Die Anwendung ist einfach: Je näher man mit der Hand zur Antenne geht, desto tiefer wird der Ton (Ausnahmen siehe in "Analyse"). Bewegt man die zweite Hand über das Theremin merkt man, dass sich ebenfalls der Ton ändert, da dieser sehr empfindlich ist. Dies kann zum Beispiel ausgenutzt werden, um die Reichweite der Töne ("Range") zu verändern. Normalerweise kann das Theremin eine Oktave aber wird mit der anderen Hand ebenfalls der Schwingkreis verändert gehen sogar 2-3 Oktaven.
Praktisch ist auch, um die Range zu erhöhen muss man sehr nah an die Antenne ran. Wird diese allerdings berührt wird das Signal unterbrochen. Da der Ton reziprok tiefer wird, sind kleinste Änderungen der Entferung im Nahfeld schon ausschlaggebend. Deswegen kann ein Handschuh genutzt werden, damit die Antenne nie "wirklich" berührt wird. Hier ein kleines Video von "Over the rainbow":


 Analyse:

Da ich Physiker bin, hat mich eben interessiert wie die Frequenz mit dem einstellbaren Widerstand zusammenhängt. Dabei ist interessant, dass im Bereich R = 0-10 kOhm der Ton höher wird (Frequenz höher) je höher der Widerstand ist. Ebenfalls gilt hier je weiter man sich von der Antenne wegbewegt, wird der Ton höher (bis zu einem Grenzwert). Dies ist auch in Abbildung 1 zu sehen.
Wird jedoch der einstallbare Widerstand in den Bereich 100 kOhm gestellt, so dreht sich alles um:
Bei steigendem Widerstand sinkt die Tonhöhe und bei Vergrößerung des Abstands zur Antenne wird der Ton tiefer.
Abb:1 Abhängigkeit der Tonhöhe vom einstellbaren WIderstand für verschiedene Töne

In diesem Abbild sind für verschiedene Töne (mit dem Stimmgerät gemessen) die jeweiligen Werte des Widerstands aufgetragen für den Bereich 0-10 kOhm und 90-100 kOhm. Die Fitparameter sind wie folgt:
  • R(f) = 0.002605[Ohm*s]*f+0.02711[Ohm]
  • R(f) = -0.001624[Ohm*s]*f+100.3[Ohm]
 Theoretisch einmal eine Ursprungsgerade mit Steigung 0.002605[Ohm*s] ca. 1/400. Dies zeigt auch, dass bei Verdoppelung des Widerstands sich auch die Frequenz in etwa Verdoppelt.
Dies ist allerdings nicht mehr der Fall für die Messung bei ca. 100 kOhm.



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