Matterazzo THEREMIN

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PREMESSA______________________________p.1
INVENZIONE E NASCITA THEREMIN_________p.2
CONTESTO STORICO_____________________p.3
LO SCHEMA A BLOCCHI___________________p.4
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO____________p.5
IL MIO THEREMIN ________________________p.7
LO SCHEMA UTILIZZATO __________________p.8
CONTROLLO VOLUME ____________________p.9
OSCILLATORE A FREQUENZA FISSA ________p.9
OSCILLATORE A FREQUENZA VARIABILE ____p.10
SQUADRATORE DI EFFETTI________________p.10
THEREMIN NELLA MUSICA E NEI FILM_______p.11
COSTRUZIONE CIRCUTI___________________p.11
FOTO___________________________________p.12
PREMESSA
‘‘Concepii uno strumento che poteva creare un suono senza usare alcuna energia
meccanica, come il direttore d’orchestra. L’orchestra suona meccanicamente ed usa
energia meccanica; il direttore d’orchestra muove le mani e i suoi movimenti hanno effetto
immediato sull’emissione musicale dell’orchestra’’ .
Questo è quello che disse Lev Sergeivitch Termen in un intervista del 1989 parlando del
suo primo Eterofono.
Il theremin o eterofono (etere=aria / fono=suono) è conosciuto come primo strumento
musicale totalmente elettronico ed è stato inventato da Lev Termen nel 1919.
Questo strumento nella sua versione originaria è formato da un contenitore con due
antenne, una posta verticalmente che permette il controllo della tonalità, una posta
orizzontalmente che permette il controllo dell’ampiezza del suono. All’interno ci sono tutti i
circuiti per il funzionamento dello strumento.
Il suono del theremin può variare molto in base ai componenti utilizzati e in base alla
tipologia del circuito. Si passa infatti da un suono simile al violino (onda triangolare) al
timbro vocale (onda sinusoidale). Questo strumento è molto difficile da suonare in quanto
suonandolo senza toccarlo richiede una notevole abilità nel cogliere la nota giusta.
NASCITA DEL THEREMIN
Il Theremin fu inventato dal fisico Lev Sergeivitch Termen nel 1919
dopo lo scoppio della guerra civile in Russia.
Termen lavorava con particolari dispositivi atti a misurare la densità
dei gas nel vuoto. Ben presto si accorse che in certe condizioni si
produceva un fischio che variava di frequenza avvicinando o
allontanando la mano dai circuiti. Da qui sviluppò l’idea fino a giungere
alla costruzione di un vero strumento musicale cui diede nome
eterofono. Termen oltre ad essere un fisico era anche un violoncellista
e approfittò di questo per proporre il suo nuovo strumento nei circoli musicali che
frequentava ed ebbe subito successo. Nel 1920 poi presentò la sua creazione ad una
conferenza di elettrotecnici dove ebbe molto successo e piacque anche al leader
bolscevico Lenin.
Lenin fu così entusiasta che cominciò subito a prendere lezioni per suonarlo, fece
commissionare la costruzione di seicento strumenti per la distribuzione in tutta l’Unione
Sovietica e propose a Theremin di far conoscere la sua invenzione in tutta l’Europa anche
con l’ingegno dei nuovi uomini sovietici e del loro progresso scientifico. Durante un
esibizione a Parigi ,Termen ebbe un tale successo che ci furono dei disordini per prendere
gli ultimi posti a teatro. Da li a poco Termen fece successo in tutta Europa e decise di
partire per gli Stati Uniti dove naturalizzò il suo nome il Lèon Theremin. Qui trovò maggiori
prospettive dell’Unione Sovietica, organizzò concerti, perfezionando e inventando nuovi
modelli di eterofono. Inoltre accordo i diritti di produzione commerciali con la RCA ma a
causa della crisi economica di quegli anni, il prezzo di vendita della strumento era troppo
alto da impedirne la diffusione. Misteriosamente dal 1938 in poi di Theremin non si ebbero
più notizie. L’estetica di Stalin era all’epoca fortemente concentrata sul ‘’ realismo
socialista ’’. Theremin, il suo strumento, come altri inventori sovietici non andarono a
braccetto con la concezione del mondo di quegli anni e questa è certamente la ragione
perché furono osteggiati.
C’e chi sostiene sia stato rapito dalla NKVD per lavorare alla costruzione di cimici e ad
attività di spionaggio chi sia stato agli arresti domiciliari. In ogni caso dal 1966 insegnò al
conservatorio di musica di Mosca e nel 1993 morì.
CONTESTO STORICO
La rivoluzione Russa del 1917 fu figlia della guerra che travolse
l’autocrazia zarista. Essa fu resa possibile dall’incapacità della
monarchia di riformare un paese molto arrestato con un economia
debole e la presenza di forti spinte espansionistiche. Le cause della
rivoluzione emersero dalla rivoluzione del 1905. In primo luogo la
questione della terra e della condizione operaia, c’erano poi la
ricerca di autonomia delle nazioni non russe dell’impero e la grossa
sproporzione tra la fragilità economica-politica del paese e le
ambizioni a diventare grande potenza. Ad aprire le porte alla rivoluzione fu la 1° guerra
mondiale dove, una volta tramontato il fervore patriottico del 1914, la società russa venne
disgregandosi sotto i colpi delle sconfitte militari e della crisi economica. Di fronte a tutto
ciò esplose il malcontento in tutto il paese ma soprattutto nei territori non russi che furono i
più gravati di fronte alle sconfitte e risentirono del venire meno di risorse. Si creò un clima
di protesta popolare e di scioperi generali nel febbraio del 1917. Questa ‘’Rivoluzione di
Febbraio ’’ portò lo zar Nicola II ad abdicare ponendo fine al regime zarista. Si delinearono
quindi tre problemi: chi dovesse detenere il potere; quali decisioni prendere nei confronti
della guerra e il problema della riforma agraria. Di fronte a questi problemi si delinearono 2
centri di potere: un governo provvisorio guidato dai liberali e i soviet di Pietrogrado guidato
dai social rivoluzionari e menscevichi.
I bolscevichi, che inizialmente esano in minoranza nel mondo socialista russo, assunsero,
con il ritorno dall’esilio di Lenin, posizioni sempre più estreme che miravano alla
rivoluzione socialista. Nelle cosiddette ‘’ Tesi di Aprile ‘’ Lenin propose di sostituire il
governo provvisorio con un governo di soviet, di porre fine alla guerra e portare il paese
verso il socialismo. In questa fase, il nuovo governo guidato da Kerenskij non evitò ulteriori
disfatte militari e di fronte a tutto ciò i bolscevichi scelsero la strada dell’insurrezione
armata. Guidati da Trockij e Stalin conquistarono il Palazzo d’Inverno e affidarono il potere
a Lenin che costituì un governo rivoluzionario bolscevico.
Lenin cancellò ogni forma di opposizione, limitò la libertà di stampa e creò la Ceka (polizia
politica) che aveva il compito di eliminare gli oppositori. Nelle elezioni del 1917 i
bolscevichi si trovarono in minoranza e Lenin, convinto che la rivoluzione dovesse passare
per una dittatura del proletariato, decise di sciogliere l’Assemblea costituente. Firmò inoltre
la Pace di Brest-Litovsk con la Germania così da porre fine alla guerra che era odiata dalla
maggior parte del paese e questo fece ottenere un forte consenso popolare. L’umiliante
pace e lo scioglimento dell’assemblea crearono molte contestazione antibolsceviche da
parte di menscevichi, socialrivoluzionari e armate bianche ( organizzate da ex ufficiali dello
zar ). Si arrivò ad una guerra civile fra bolscevichi e controrivoluzionari che portò a
numerosi morti. Il conflitto si concluse con la vittoria dei bolscevichi e con la pace di Riga e
nel dicembre del 1922 nacque l’Urss (Unione delle Repubbliche Socialiste Sovietiche).
LO SCHEMA A BLOCCHI
ANTENNA
PITCH
CONVERTITORE
MONO-STEREO
ANTENNA
VOLUME
OSCILLATORE
VOLUME
SQUDRATORE
EFFETTI
FILTRO
455 KHz
ALIMENTATORE
A TENSIONE
CONTROLLATA
MIXER
OSCILLATORE
PITCH
FILTRO
PASSA-BASSO
OSCILLATORE
FREQUENZA
FISSA
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
Il funzionamento del theremin si basa sul principio del battimento di due oscillazioni.
Questo principio di può descrivere in materia analitica avendo per esempio un’onda
sinusoidale V(t) che è espressa dall’espressione matematica
V(t)= V0 sen (ωt)
Dove:
V0 è l’ ampiezza espresso in volt
Sen è l’operatore matematico del seno
ω è la pulsazione espressa in radianti al secondo
t è il tempo in secondi
Se supponiamo di avere di avere due segnali con ampiezza uguale ma pulsazione diverse
V1(t)= V0 sen (ω1 t)
V2(t)= V0 sen (ω2 t)
Avremo:
Vtot(t)= V0 [sen (ω1 t)+ sen (ω2 t)]
e applicando la regola trigonometrica:
sen(a) + sen(B) = 2 cos [(a-b)/2] sen[(a+b)/2]
abbiamo
Vtot(t)= V0 2cos [(ω1 - ω2) t/2] sen [(ω1 + ω2) t/2]
da qui si nota che se ω1 e ω2 sono molto vicine la somma dei deu segnali può essere vista
come un segnale che abbia come frequenza la somma di ω1 e ω2 e l’ampiezza modulata
dalla differenza di ω1 e ω2.
Lèon Theremin accoppiò due circuiti che generassero due segnali sinusoidali a frequenze
ultrasoniche, uno dei quali oscillasse a frequenza fissa, l’altro a frequenza variabile.
Quest’ultimo doveva avere la proprietà di variare la propria frequenza in oscillazione in
base alla distanza della mano dall’antenna. Per fare questo si sfrutta l’effetto capacitivo
delle antenne riuscendo a variare il valore di capacità di un circuito oscillatore risonante
LC ( induttivo-capacitivo ) e di conseguenza anche la la frequenza di oscillazione. I due
segnali generati dall’oscillatore fisso e quello variabile vengono miscelati per ottenere una
forma d’onda che va a formare una terza frequenza che è pari alla differenza tra le due
frequenze iniziali. Filtrando il segnale di uscita si riesce a creare una frequenza che varia
all’interno dello spettro udibile cioè tra 20Hz e 20KHz (nel caso del mio theremin varia da
27,5Hz a 2,092KHz corrispondente a 7 ottave di un pentagramma musicale ).
Per quanto riguarda la regolazione del volume ossia l’ampiezza del segnale, questo
circuito è formato da un oscillatore fisso che genera un segnale sinusoidale ad una
determinata ampiezza e l’antenna variando la capacità del circuito risonante provoca una
segnale un segnale sinusoidale a frequenza fissa ad ampiezza variabile. Questi due
segnali vengono inseriti in un VCA ( amplificatore a volteggio controllato ) che mi amplifica
il segnale e mandato in un convertitore mono/stereo per collegare il dispositivo ad una
cassa audio.
IL MIO THEREMIN
L’idea di costruire un Theremin è dovuta a vari motivi. Questo strumento mi è sempre
stato del tutto sconosciuto finchè un giorno il chitarrista del gruppo che faccio parte mi ha
invitato ad una conferenza tenuta da uno dei più grandi Theremisti italiani. Da quella volta
lo strumento iniziai ad appassionarmi e decisi di costruirne uno in previsione degli esami
appunto ma soprattutto per poterlo suonare durante i concerti.
Inizialmente il mio progetto era quello di costruire un Theremin elettronico-digitale
attraverso l’uso di un microprocessore. Questa strada è stata abbandonata dopo quasi un
mese di prove per generare onde sinusoidali a frequenze superiori ai 10 KHz la velocità di
risposta non era come quella che si era progettata ma molto lenta.
A quel punto sono passato alla progettazione di un circuito partendo da uno schema
trovato su internet il quale, però, era di una rivista del 1967 e ho dovuto cercare i
componenti adeguati facendoli arrivare addirittura da Hong-Kong. Inoltre sono state fatte
varie modifiche soprattutto nell’inserimento del circuito di effetti e quello di stereofonia e
nella parte estetica con led multicolor.
Vo
ALIMENTAZIONE
R1
R2
9-12 V
C1
C13
C2
MEDIA
FREQUENZA
C15
C14
C16
R20
R19
MISCELATORE
NE602
Vo
R16
ANTENNA
PITCH
R25
R24
C18
C17
Vcc
LM311
C38
R21
Vo
R15
Vo
R6
JFET1
C4
R23
C19
C6
R34
R26
R22
C39
C20
LO SCHEMA UTILIZZATO
A
MEDIA
FREQUENZA
C3
C7
R17
C8
R35
R28
R30
A
C5
L
10 mH
R5
R3
R18
C26
C47
C40
R29
R31
TDA 3810
C37
C48
JFET1
C21
C46
R4
R36
R38
C23
Vo
C41
R7
Vo
C22
C45
R14
R8
R39
R40
C33
MEDIA
FREQUENZA
C9
V1
C24
C34
C35
C25
R41
R42
C43
C36
C10
C44
C42
C27
ANTENNA
VOLUME
R9
NE 570
FILTRO
455 KHz
R43
C28
R34
C11
R12
R10
R13
R11
C12
R37
C29
C30
C31
C32
R33
R44
CONTROLLO DEL VOLUME
Vcc
Per il controllo del volume si utilizza una media
R1
frequenza che produce una frequenza di 455 KHz e
un transistor NPN tipo BC547. la variazione del
MEDIA
FREQUENZA
C1
V1
volume è ricavata grazie all’oscillatore variabile
C2
pilotato dalla mano, che si comporta come un
ANTENNA
VOLUME
R2
condensatore variabile posto in parallelo alla media
frequenza.
L’oscillatore a riposo lavora ad una frequenza
superiore ai 455 KHz e non va a produrre alcun
C3
segnale. Avvicinando la mano all’antenna la
R3
R5 R6
C4
frequenza diminuisce e più ci si avvicina ai 455 KHz
tanto più aumenta l’ampiezza sull’uscita del filtro. Il
segnale che esce dalla media frequenza viene
R4
mandato all’integrato NE571 che lo raddrizza e lo
utilizza per aumentare o diminuire il volume del segnale generato.
OSCILLATORE FREQUENZA FISSA
Vcc
R1
Il circuito dell’oscillatore a frequenza fissa è costituito
da un transistor JFET che agisce come amplificatore.
MEDIA
FREQUENZA
C1
MISCELATORE
La frequenza alla quale oscilla il sistema è di 350 KHz
C2
che è diversa da quella dello stadio del volume, perché
altrimenti si sarebbero influenzate le due frequenze. La
frequenza è data dai componenti della rete LC e viene
JFET1
calcolata attraverso la formula:
fo= 1/ 2π
π√LC
C5
R3
dove:
L è l’induttanza presente nella media frequenza
C è data dalla somma di C media frequenza,C1 e C2
OSCILLATORE FREQUENZA VARIABILE
Vcc
L’oscillatore a frequenza variabile è pressoché uguale l’altro
R1
oscillatore tranne che per il JFET ora è comandato
dall’antenna e quindi varia la capacità totale della media
C1
frequenza. Questo oscillatore ha una frequenza che varia dai
C2
360 e 360 KHz.
MEDIA
FREQUENZA
MISCELATORE
L’antenna in questa fase diventa fondamentale in quanto
diventa una armatura del condensatore mentre l’armatura è
formata dalla mano che si avvicina e va a variare la
JFET1
componente capacitiva ne circuito LC e di conseguenza varia
C4
la frequenza.
C3
Le due frequenze generate dai due oscillatori vengono
miscelate da un NE602 che consente di avere sul suo piedino
C5
R3
R5
d’uscita un segnale che è dato dalla somma delle due
frequenze ed un segnale dato dalla differenza delle
R4
frequenza.
Il segnale della somma che va oltre ai 20 KHz viene filtrato da un filtro passa basso
formato da un transistor BC547 mentre l’altro segnale produce un battimento compreso tra
0 e 10 KHz che è dunque all’interno del range udibile dall’uomo.
SQUADRATORE DI EFFETTI
Vo
R2
Il segnale che esce dal filtro passa basso una parte
C13
viene mandato all’amplificato controllato in tensione
C15
C14
mentre una parte viene mandata allo squadratore di
effetti formato da un comparatore di tensione LM311 il
quale compara l’ingresso d’ingresso nel pin 3 con il
R20
R25
R24
segnale modulato dal potenziometro lineare collegato
Vin
LM311
C38
R21
al pin 2. Questo assieme poi al potenziometro in uscita
fa in modo che il segnale venga arricchito di armoniche
R26
R22
pari e dispari che va generare diversi timbri musicali
R23
Vout
Vout
differenti dalla forma d’onda sinusoidale originale.
IL THEREMIN NELLA MUSICA E NEI FILM
Il Theremin ha visto largo uso dei suoi eteri effetti sia nella musica che nei film soprattutto
di fantascienza. Molti registri infatti, dal 1945 in poi, usarono lo strumento per colonna
sonora dei loro film oppure usato quando si avvicinava il disco volante o per riprodurre un
sibilo, un fischio o canto malinconico. Questo rese il Theremin uno strumento popolare
nell’industria cinematografica. Anche in campo musicale è molto noto in quanto utilizzato
dapprima da Clara Rockmore, allieva e discepola di Lèon Theremin, e oggi da la più
grande Therminista Lydia Kavina che lavora con molti produttori e registi.
Anche il Rock’n Roll rese il Theremin famoso, usato
negli anni ’60 dai pionieri del Rock i Led Zeppelin, in
Whole Lotta Love, o dai Beatles, dai Rolling Stones
e anche dai Beach Boys nella celeberrima Good
Vibration. Tutt’ora il Theremin viene usato nella
musica pop/rock con artisti come Baustelle o lo
stesso mio gruppo che utilizza il theremin nei vari
live per dare effetto scenico.
COSTRUZIONE DEI CIRCUITI
Per la costruzione dei circuiti si era partiti costruendo dei circuiti stampati. Questi erano
stati progettati e disegnati dapprima su un foglio di carta poi con il programma FidoCAD
preparati i disegni per eseguire la stampa su un particolare tipo di foglio e poi in basetta. Il
foglio utilizzato è un lucido da proiezioni che una volta sovrapposto alla basetta e
surriscaldato con un ferro da stiro rilascia la stampa nel rame della basetta. La basetta poi
era stata immersa nell’acido cloridrico che è una sostanza che fa in modo che la parte di
rame dove non c’è la stampa corroda e si crea quindi il circuito stampato tipico delle
basette industriali. Tutto ciò però è stato abbandonato in quanto non si riusciva ad
ottenere una basetta con un buon circuito stampato.
Il progetto della basetta è stato quindi dato ad un amico di mio padre che lavora presso la
TVR Circuiti Stampati ed è uscita una basetta perfetta che poi è stata un po’ modificata a
piacere da me nelle misure. Oltre basetta principale sono state aggiunte due basette
millefiori ove sono collocati le resistenze e i Rainbow Led.
Il circuito stampato prodotto dalla TVR.
Alle prese con la mille fori.
L’antenna Volume
Test Rainbow Led
Costruzione Case