Jak działa „antena” Theremin?

Zawsze zakładałem, że kształt anten jest ważny; pionowy monopol dla wysokości dźwięku i pozioma pętla dla głośności, myśląc, że to zminimalizowało ich wzajemne oddziaływanie. Wygląda jednak na to, że faktycznie działają one w zakresie 200-500 kHz. Przy tych częstotliwościach dobra antena miałaby setki metrów długości, a użycie różnych częstotliwości dla każdej anteny jest wystarczające, aby zapobiec zakłóceniom.

Z drugiej strony schemat Moog Etherwave ma wiązkę cewek połączonych szeregowo z antenami, które mogą być przedłużaniem elektrycznym ?

Większość opisów, które przeczytałem, wyjaśnia, że ​​to właśnie zdolność człowieka do uziemienia odstrasza oscylatory, więc zrobi to każdy kształt metalu, ponieważ po prostu działa jak płyta kondensatora.

Ta strona opisuje jednak coś innego, czego nie rozumiem:

Heterodyna RF powyżej 4 cali (10 cm) wahania tonu są spowodowane zmianami w „oporności na promieniowanie”. Jest to całkowita moc elektromagnetyczna RF wypromieniowana z anteny podziałowej podzielona przez kwadrat prądu netto wpływającego do anteny podziałowej. Pole podziałowe jest podwójną równowagą elektryczną / magnetyczną, a nie tylko polem pojemnościowym, jak się to zwykle zdarza.

Więcej wyjaśnień tutaj

Czy to jest poprawne? Co jest złego w wyjaśnieniu pojemności?

Więcej:

http://www.thereminworld.com/silicon_chip_theremin_modifications.html

Linearyzacja czułości tonu - stwierdziłem, że górna oktawa była mocno skompresowana i że najwyższe nuty, które chciałem zagrać, były tak blisko anteny, że dokładne wibrato nie było możliwe. Sposobem na linearyzację odpowiedzi jest umieszczenie induktora szeregowo z anteną.

http://www.dogstar.dantimax.dk/theremin/thersens.htm

Efekt ten jest częściowo równoważony charakterem obwodu strojonego LC, którego częstotliwość zależy od odwrotnego pierwiastka kwadratowego pojemności. Jest to, moim zdaniem, główny powód, dla którego oscylatory oparte na pojedynczym biegunie (tylko jednym składniku reaktywnym, tj. Pojemności) nigdy nie przyjęły się do ostatecznego wykorzystania. Ja i prawdopodobnie wielu innych eksperymentowałem z oscylatorami RC, próbując pozbyć się tych nieznośnych cewek; w tym celu można użyć nawet zwykłego timera NE555. Jednak w takich obwodach częstotliwość oscylacyjna jest odwrotnie proporcjonalna do pojemności, a nie pierwiastka kwadratowego pojemności, a efekt „prawa kwadratu” jest odpowiednio znacznie gorszy. Innym sposobem spojrzenia na to jest to, że czułość (dF / dC) obwodów RC jest proporcjonalna do 1 / C2 zamiast 1 / C1.5 w przypadku obwodu LC.

To, że tamci używają mikserów heterodynowych, nie ma nic wspólnego z RF. „Anteny” nie są antenami w klasycznym sensie RF. Wyjaśnienie pojemności jest prawidłowe.

Kondensatory i Theremin „Anteny”

Najprostszym typem kondensatora jest kondensator z płytą równoległą . Oznacza to, że kondensator składa się z dwóch metalowych płyt oddzielonych jakimś materiałem zwanym dielektrykiem. Równanie pojemności takiego kondensatora wynosi C = εA / d, gdzie ε jest przenikalnością dielektryka (ε≈8,8541878176 .. × 10 ^ −12 F / m dla powietrza).

Kiedy operujesz tamminem, twoja ręka jest jedną płytą (twoja ręka jest skutecznie uziemiona), antena jest drugą, a powietrze między nimi jest dielektrykiem. Kiedy poruszasz ręką, zmieniasz pojemność między ziemią a anteną. Obie ręce będą oddziaływać na obie anteny, ponieważ będą działać jak dwie płytki równolegle, zwiększając całkowitą powierzchnię.

Dwie anteny są ustawione pod kątem prostym, ponieważ zmniejsza to wpływ lewej dłoni na prawą antenę i odwrotnie. Na przykład, gdy przesuwasz rękę w górę i w dół nad anteną głośności, utrzymuje ona względnie stałą odległość od anteny skoku, a zatem jej wkład w ogólną pojemność jest stały (i mały).

teoria operacji

Uwaga / aktualizacja: Bardziej szczegółowy opis oscylatora można znaleźć w odpowiedzi FredM .

Oba kondensatory antenowe są częścią dwóch różnych, złożonych aktywnych oscylatorów LC . „L” odnosi się do cewek indukcyjnych, które magazynują energię w polu magnetycznym; „C” odnosi się do kondensatorów, które magazynują energię w polu elektrycznym. W oscylatorze LC energia stale przepływa między nimi, zmieniając się z potencjału elektrycznego na potencjał magnetyczny.

Częstotliwość oscylatora wysokości jest poza częstotliwościami audio, więc nie można go użyć bezpośrednio. Tammin ma trzeci oscylator, który działa na stałej częstotliwości. Wyjścia oscylatora skoku i stałego oscylatora są podawane do miksera heterodynowego , co daje wynik, który zawiera sumę i częstotliwości różnicowe dwóch wejść. Suma częstotliwości jest nawet wyższa niż pierwotny sygnał, dlatego jest bezużyteczna i jest odfiltrowywana . Otrzymany sygnał stanowi pojedynczą częstotliwość (plus harmoniczne ) w zakresie audio.

Częstotliwość oscylatora głośności służy do kontrolowania stopnia wzmocnienia sygnału audio. Gdy poruszasz ręką, zmienia się częstotliwość, więc zmienia się wzmocnienie wzmacniacza, a tym samym zmienia się głośność wyjściowa.

Istnieje pewne zamieszanie, ponieważ istnieją dwie typowe topologie z nimi, jednak w obu przypadkach mechanizm wykrywania odległości jest czysto pojemnościowy (elektryczny / elektrostatyczny, niemagnetyczny lub elektromagnetyczny w znaczącym stopniu)

Dwie główne topologie to (a) oscylator zbiornikowy LC z szeregiem L podłączony do anteny, tworzący szeregowy obwód rezonansowy. Antena L jest znacznie większa niż zbiornik L, a zbiornik C jest znacznie większy niż antena C. Zmiany w antenie C są „konwertowane” poprzez rezonans LC w sposób, który powoduje te zmiany (ze względu na odpowiednie strojenie częstotliwości pracy anteny i zbiornika) na „wirtualną” zmienną indukcyjność widzianą na cewce indukcyjnej zbiornika - tak więc podczas gdy rezonator anteny reaguje na zmiany pojemności, częstotliwość zbiornika (oscylatory) jest kontrolowana przez zmienną indukcyjność - i oba oddziałują ze sobą inne w złożony sposób, który poprawia muzyczną liniowość.

(b) Inną powszechną (gorszą) topologią jest sytuacja, w której kondensator w zbiorniku jest bezpośrednio równoległy do ​​pojemności anteny, a częstotliwość oscylatora jest prostą funkcją LC i wyjątkowo nieliniową.

Przykładami topologii (a) są wszystkie taminy zaprojektowane przez Lev Termen, wszystkie taminy zaprojektowane przez Boba Mooga. Przykłady typu (b) obejmują mikroukłady Jaycar / Silicon i większość prostych śmieci, jakie można znaleźć na stronie WWW.

Istnieją również inne mniej popularne topologie ...

BTW, „schemat” na górze tej strony to najgorszy możliwy rodzaj topologii typu „b”

Chociaż uważam, że pierwsze wyjaśnienie jest „proste”, myślę, że drugie wyjaśnienie ma wiele sensu. Jak stwierdził @Kortuk w swoim komentarzu, działasz w obszarze „bliskiego pola” anteny. Jest to region, który nie zachowuje się dokładnie tak, jak można by oczekiwać, gdyby obliczenia oprzeć na standardowych wzorcach promieniowania anteny dalekiego pola.

W bliskim polu masz reaktywne bliskie pole i oporne bliskie pole. Reaktywne bliskie pole jest miejscem, w którym pola E i H są stale budowane i zapadane, bez energii opuszczającej antenę, jest po prostu na przemian między dwoma różnymi typami pól. Kładąc rękę w pobliżu anteny, skutecznie kradniesz część mocy, która jest w tych polach.

Myślę, że dobrym porównaniem byłaby para cewek o pewnej wzajemnej indukcyjności. Wzajemna indukcyjność drugiego induktora powoduje zmianę zmierzonej indukcyjności na pierwszym. To samo dzieje się z anteną. Przysuwając rękę do anteny, pobierasz część mocy z pól E i H, które zmieniają się w regionie, zmieniając w ten sposób ilość indukcyjności / pojemności, którą widzi obwód zbiornika LC, i przestrajając oscylator.