Терменвокс на транзисторах
В 1921 году советский инженер Л. С. Термен на восьмом электротехническом съезде в Москве впервые в мире продемонстрировал исполнение концертной программы на электронном музыкальном инструменте, который впоследствии получил название терменвокса. Принцип действия терменвокса нетрудно уяснить при рассмотрении структурной схемы, приведенной на рис. 1.
Генератор электрических колебаний создает высокочастотные колебания с фиксированной частотой 90 кГц. Управляемый генератор создает колебания с частотой 90, 016 кГц, которая может изменяться до 94 кГц из-за изменения емкости антенного контура при поднесении руки исполнителя к штыревой антенне Ан во время игры на инструменте. Колебания, создаваемые генераторами 1 я 2, поступают на контур 3 формирования тембра, в результате чего в нем возникают биения двух высокочастотных колебаний. После детектирования этих колебаний детектором 4 на его нагрузке выделяются низкочастотные колебания, частота которых при игре на инструменте может изменяться в пределах 16 — 4000 Гц Напряжение разностной частоты подается на манипулятор 5, управляемый устройством формирования и затухания звука 6, и далее через регулятор громкости 7 — на вход отдельного усилителя низкой частоты.
Высшая звуковая частота в терменвоксе, равная 4000 Гц, примерно соответствует верхнему звуку рояля, а нижняя (16 Гц) — порогу слухового восприятия. При необходимости этот диапазон может быть расширен или сжат.
Использование метода биений в терменвоксе позволяет получать требуемый диапазон звуковых частот без каких-либо переключений. Из всех известных нам любительских схем терменвоксов, пожалуй, наиболее интересна схема, разработанная ин-женепом Л. Королевым, краткое описание которой мы и приводим здесь.
Как видно из принципиальной схемы терменвокса (рис. 2), генератор фиксированной частоты выполнен на транзисторе 77. Его контур ЫС1СЗС4 настраивают ферри-товым сердечником катушки Ы на частоту 90 кГц. Управляемый генератор собран на транзисторе Т2.
Контур этого генератора образован катушкой индуктивности L2 и конденсаторами С8 — С10. Оба генератора выполнены по схеме с емкостной обратной связью. Частоту управляемого генератора можно изменять в пределах 90,016 — 94 кГц путем изменения емкости антенного контура L3L4Cau. Поднося в процессе игры на инструменте руку к антенне Ан1, исполнитель изменяет емкость антенного контура L3L4Call. В результате изменяется частота управляемого генератора в пределах 90,016 — 94 кГц.
Собственная частота настройки антенного контура выбирается близкой к частоте управляемого генератора. Величина связи между катушками индуктивности L2, L.3 и частота настройки контура L3L4C3H
определяют мензуру инструмента.
Высокочастотные колебания .с обоих генераторов через развязывающие цепи R5C6 и R10C12 поступают на контур формирования L5C13R11. Переменным конденсатором С13 контур можно настроить на высшие гармоники сигналов генераторов. Причем в положении максимальной емкости на конденсаторе присутствуют только первые гармоники генераторов, я в других положениях, наряду с первыми гармониками, имеются вторые, третьи или четвертые. С части катушки индуктивности L5 высокочастотные колебания подаются на усилитель (транзистор ТЗ), усиливаются им, а затем детектируются транзисторным детектором Т4. В результате детектирования напряжения биений между первыми, а также высшими гармониками сигналов генераторов на выходе детектора — нагрузке R17 — образуются основной тон (разностной частоты) и соответствующие обертоны.
С выхода детектора низкочастотное напряжение поступает на манипулятор, который должен обеспечить надежное закрывание канала в паузах, отсутствие щелчков при игре на инструменте и возможность регулировки атаки и затухания звука. Надежное закрывание канала достигается применением двойного каскада затухания. Первая ступень выполнена на диодах ДЗ, Д4, а вторая — на транзисторе Т5. Работа диодной ступени основана на зависимости сопротивления кремниевых диодов по переменному току от величины приложенного к ним напряжения.
В паузах между звуками, когда кнопка Кн1 разомкнута, постоянное напряжение на диодах ДЗ. Д4 отсутствует; поэтому эти диоды оказываются закрытыми и на вход транзистора Т5 переменное напряжение не подается. При замыкании кнопки Кн1 диоды ДЗ, Д4 открываются, и на вход транзисторной ступени поступает низкочастотное напряжение с выхода детектора.
Резисторы R22, R24 — R26 и сопротивление транзистора Т5 образуют мост, в одну из диагоналей которого включена первичная обмотка I трансформатора Tpl. В другую диагональ этого моста через устройство формирования атаки и затухания звука подается напряжение от стабилизированного выпрямителя. При замыкании кнопки Кн1 и при сбалансированном мосте (это достигается установочным резистором R26) ток коммутации практически не проходит через обмотку I трансформатора Tpl, и переходные процессы (щелчки) на выходе терменвокса не прослушиваются. Напряжение же низкой частоты с выхода диодной ступени поступает на вход транзистора Т5 и далее через вторичную обмотку трансформатора Tpl на регулятор громкости R34 и выходные гнезда Гн1, Гн2.
Атака и затухание звука формируются специальным устройством, выполненным на резисторах R28 — R33, конденсаторах С23 — С25 и диодах Д10, Д11. При замыкании контактов Кн1 напряжение с выпрямителя поступает на делитель R28 — R30. Конденсатор С23 через переменный резистор R31 заряжается до напряжения, снимаемого с делителя. Время заряда конденсатора С23 определяет время атаки. Напряжение с этого конденсатора через диод Д11 поступает на конденсатор С24 и манипулятор. Полярность падения напряжения на резисторе R31, обусловленная током заряда конденсатора С23, обратна полярности включения диода Д10, а время заряда конденсатора С24 невелико. Поэтому диод Д10 и конденсатор С24 фактически не участвуют в формировании атаки.
При отпускании кнопки Кн1 в процессе игры на инструменте конденсатор С23 (через резисторы R29, R30) и прямое сопротивление диода Д10 быстро разряжаются,, а конденсатор С24 начинает медленно разряжаться через резисторы R32, R33 и манипулятор.
Характер спада напряжения на конденсаторе С24 определяет затухание сигнала, время которого можно регулировать переменным резистором R32.
Выпрямитель и стабилизатор собраны по типовым схемам. Потребляемый ток в паузе равен 13 мА, при открытом манипуляторе — 100 мА. Выход терменвокса подключается к высокоомному входу отдельного усилителя, в качестве которого можно, например, использовать усилитель, описанный в листовке № 94.
В конструкции применены стандартные малогабаритные детали. Все катушки индуктивности и трансформаторы самодельные. Размеры каркасов катушек LI — L3 указаны на рис. 3. Катушки LI, L2 содержат по 450 витков провода ПЭВ-1 0,12, катушка L3 намотана тем же проводом до заполнения каркаса. Индуктивность катушки L1 — 1,1 мГ, L2 — 1,1 мГ, L3 — 58 мГ. Внутри каркасов имеются ферритовые сердечники 600 НН диаметром 3,5 мм с напрессованной резьбовой втулкой. .Катушки L4, L5 выполнены на унифицированных каркасах, которые размещены в отдельных броневых сердечниках Б18М (с внутренним зазором 0,1 мм) из феррита 1500НМЗ. Катушка L4 содержит 350 витков провода ПЭВ-1 0,12. Катушка L5 намотана проводом ПЭВ-1 0,23. Секции 1 — 2 и 2 — 3 содержат соответственно 12 и 55 витков. Индуктивность катушки L4 — 27 мГ, L5 — 1,5 мГ.
Трансформатор Tpl выполнен на унифицированном каркасе, который размещается в сердечнике Б36М из феррита 2000НМ1. Обмотка I содержит 1450 витков, обмотка II — 2320 витков провода ПЭВ-1 0,08. Трансформатор Тр2 собран на сердечнике Ш16Х31 из трансформаторной стали. Обмотка 1а содержит 1270 витков провода ПЭВ-1 0,23; 16 — 930 витков провода ПЭВ-1 0,17; II — 136 витков провода ПЭВ-1 0,64. Детали, входящие в состав колебательных контуров, и транзисторы Tl, T2 должны быть идентичными. Конденсаторы С1, СЗ, С4, С8 — С10 слюдяные, с малым ТКЕ. Конденсатор С13 — фирмы «Тесла» (секции соединены между собой параллельно). Переменные резисторы R34 (педального регулятора громкости), R31, R32 — группы «В». Антенна Ан1 — телескопическая от приемника «Банга» или ему подобного.
Вы сота антенны при настройке может изменяться от 40 до 80 см. Стабилитроны Д1, Д2 должны быть идентичными.
Термен.вокс .смонтирован на металлическом шасси размером 220X120X33 мм. Монтаж выполнен на печатной плате из фольгиоованного гетинакса размерами 120X120X2 мм. На шасси установлены печатная плата, детали Тр2, В1. Пр1, С21, С22 и антенное гнездо. В подвале шасси находятся выпрямитель и стабилизатор. Трансформатор Tpl размещен в подвале шасси вдали от трансформатора Тр2.
Терменвокс помещен в футляр, изготовленный из текстолита. В футляре имеются отверстия для антенны, ручки конденсатора С13 и вентиляции. Устройство формирования атаки и затухания с органами управления (R31, R32. Knl, B2, ВЗ) собрано в отдельном выносном пульте размером 120X80X30 мм, который соединяют с инструментом с помощью разъема.
Налаживание терменвокса начинают с проверки работоспособности выпрямителя, стабилизатора и с установки требуемых режимов работы транзисторов. Далее, убедившись в работоспособности генераторов, с помощью сердечников . катушек LI — L3 по общепринятой методике устанавливают частоту 90 кГц. При настройке управляемого генератора вместо антенны подключают конденсатор Сан (10 — 15 пФ), а катушку связи L3 располагают на Каркасе L2 (расстояние между ними равно 3 мм).
Следующий этап налаживания — настройка трактов формирования тембра и низ-кок частоты. Для этого конденсатор С13 устанавливают в положение максимальной емкости, к коллектору транзистора Т4 подключают осциллограф и, изменяя индуктивность катушек L2, L3, по фигурам Лиссажу устанавливают разностную частоту 300 Гц. Затем по волномеру конденсатором С13 перестраивают контур на частоту второй гармоники одного из генераторов и подбором резистора R17 получают на выходе детектора амплитуду напряжения звуковой частоты 0,3 В. После этого конденсатор С13 снова переводят в положение максимальной емкости и сердечником катушки L5 на резисторе R17 устанавливают амплитуду низкочастотного напряжения 0,3 В.
Затем резистором R26 производят балансировку манипулятора по минимуму щелчков при нажатии и отпускании кнопки Кн1. Эту операцию можно произвести на слух, подключив внешний усилитель. При нормальной работе генераторов, детектора и манипулятора на частоте 300 Гц амплитуда напряжения НЧ на резисторе R34 достигает 0,6 В.
Заключительным этапом налаживания являются уточнение настройки генераторов и подбор необходимой связи между катушками L2. L3. Для этого к терменвоксу подключают антенну (предварительно отключают ее эквивалент) и, изменяя индуктивность катушек L2, L3 и расстояние между ними, устанавливают частотный диапазон 4,5 — 5 октав. Если инструмент настроен правильно, то при игре на нем звук должен повышаться по мере приближения правой руки исполнителя к антенне (пальцы левой руки должны иметь контакт с. металлическими частями пульта управления). ! олебания генератора должны срываться в момент резонанса антенного контура и
контура генератора управляемой частоты при приближении плоскости ладони правой руки к антенне на расстояние нескольких миллиметров
Заканчивая краткое описание терменвокса, отметим, что игра на нем требует не только хорошего музыкального слуха, но и специальных технических знаний. Радиолюбителям, которые заинтересуются вопросами конструирования и постройки тер-мсивоксов, рекомендуем ознакомиться со следующей литературой:
Бондаренко Е. Терменвокс на транзисторах. — «Радио», 1965, № 10, с. 33.
Королев Л. И снова терменвокс. — «Радио», 1972., № 9, с. 17 — 19 и вкладка.
Корсунский С. и Симонов И. Электромузыкальные инструменты (МРБ, вып 271). М. — Л., «Энергия», с. 13 — 21.
Симонов И. и Шиванов А. Терменвокс. — «Радио», 1964, № 10, с. 36, 37.
Москва, Издательство ДОСААФ СССР, 1976 г. Г-80685 от 18/Ш-1976 г. Изд. № 2/760з Зак. 793
