Wie funktioniert eine Theremin-Antenne?

Ich habe immer angenommen, dass die Form der Antennen wichtig ist. Ein vertikaler Monopol für die Tonhöhe und ein horizontaler Loop für die Lautstärke. Aber es scheint, dass sie tatsächlich mehr im Bereich von 200-500 kHz arbeiten. Bei diesen Frequenzen wäre eine gute Antenne Hunderte von Metern lang, und die Verwendung unterschiedlicher Frequenzen für jede Antenne ist ausreichend, um Interferenzen zu verhindern.

Auf der anderen Seite hat der Moog Etherwave-Schaltplan eine Reihe von Spulen in Reihe mit den Antennen, was könnte eine elektrische Verlängerung sein ?

Die meisten Beschreibungen, die ich gelesen habe, erklären, dass es nur die Kapazität des Menschen zur Erde ist, die die Oszillatoren verstimmt, so dass jede Form von Metall ausreicht, da es nur als Kondensatorplatte fungiert.

Diese Seite beschreibt jedoch etwas anderes, was ich nicht verstehe:

Über 4 Zoll (10 cm) hinausgehende HF-Heterodyn-Theremin-Tonhöhenschwankungen werden durch Änderungen des "Strahlungswiderstands" verursacht. Dies ist die gesamte elektromagnetische HF-Leistung, die von der Pitch-Antenne abgestrahlt wird, geteilt durch das Quadrat des in die Pitch-Antenne fließenden Nettostroms. Das Pitch-Feld ist ein duales elektrisches / magnetisches Gleichgewicht, nicht nur ein kapazitives Feld, wie es so üblich ist.

Noch eine Erklärung hier

Ist das richtig? Was stimmt nicht mit der Kapazitätserklärung?

Mehr:

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

Linearisieren der Tonhöhenempfindlichkeit - Ich stellte fest, dass die obere Oktave stark komprimiert war und dass die höchsten Noten, die ich spielen wollte, so nahe an der Antenne waren, dass ein genaues Vibrato nicht möglich war. Eine Möglichkeit, die Antwort zu linearisieren, besteht darin, eine Induktivität in Reihe mit der Antenne zu schalten.

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

Dieser Effekt wird teilweise durch die Art des LC-Schwingkreises ausgeglichen, dessen Frequenz von der Quadratwurzel der Kapazität abhängt. Dies ist meines Erachtens der Hauptgrund, warum Oszillatoren, die auf einem einzelnen Pol basieren (nur eine reaktive Komponente, dh Kapazität), nie für den Einsatz in Frauen in Frage kamen. Ich und wahrscheinlich viele andere haben mit RC-Oszillatoren experimentiert, um diese lästigen Spulen loszuwerden. Selbst der normale NE555-Timer kann für diesen Zweck verwendet werden. In solchen Schaltungen ist die Schwingungsfrequenz jedoch umgekehrt proportional zur Kapazität und nicht zur Quadratwurzel der Kapazität, und der "Quadratgesetz" -Effekt ist dementsprechend viel schlimmer. Eine andere Sichtweise ist, dass die Empfindlichkeit (dF / dC) der RC-Schaltungen im Fall der LC-Schaltung proportional zu 1 / C2 ist, anstatt zu 1 / C1.5.

Die Tatsache, dass Heterodyn-Mischer verwendet werden, hat nichts mit Hochfrequenz zu tun. Die 'Antennen' sind keine Antennen im klassischen RF-Sinne. Die Kapazitätserklärung ist korrekt.

Kondensatoren und Theremin 'Antennen'

Der einfachste Kondensatortyp ist ein Parallelplattenkondensator . Das heißt, der Kondensator besteht aus zwei Metallplatten, die durch ein Material getrennt sind, das als Dielektrikum bezeichnet wird. Die Gleichung für die Kapazität eines solchen Kondensators lautet C = εA / d, wobei ε die Permittivität des Dielektrikums ist (ε≈8.8541878176 .. × 10 ^ −12 F / m für Luft).

Wenn Sie ein Theremin bedienen, ist Ihre Hand eine Platte (Ihre Hand ist effektiv geerdet), die Antenne die andere und die Luft zwischen den beiden ist das Dielektrikum. Während Sie Ihre Hand bewegen, variieren Sie die Kapazität zwischen Masse und Antenne. Beide Hände wirken auf beide Antennen, da sie wie zwei parallele Platten wirken und die Gesamtfläche vergrößern.

Die beiden Antennen stehen im rechten Winkel, da dies den Einfluss Ihrer linken Hand auf die rechte Antenne und umgekehrt verringert. Wenn Sie beispielsweise Ihre Hand über der Lautstärkeantenne auf und ab bewegen, bleibt der Abstand zur Pitch-Antenne relativ konstant, sodass der Beitrag zur Gesamtkapazität konstant (und gering) ist.

Theorie der Arbeitsweise

Hinweis / Aktualisierung: Eine detailliertere Beschreibung des Oszillators finden Sie in der Antwort von FredM .

Beide Antennenkondensatoren sind Teil zweier unterschiedlicher, komplexer aktiver LC-Oszillatoren . Das "L" bezieht sich auf Induktivitäten, die Energie in einem Magnetfeld speichern; Das „C“ bezieht sich auf Kondensatoren, die Energie in einem elektrischen Feld speichern. In einem LC-Oszillator fließt ständig Energie zwischen den beiden hin und her und wechselt von elektrischem Potential zu magnetischem Potential.

Die Frequenz des Tonhöhenoszillators liegt außerhalb der Audiofrequenzen und kann daher nicht direkt verwendet werden. Das Theremin hat einen dritten Oszillator, der mit einer festen Frequenz arbeitet. Der Tonhöhenoszillator und die Ausgänge des Festoszillators werden in einen Überlagerungsmischer eingespeist , was zu einem Ausgang führt, der die Summen- und Differenzfrequenzen der beiden Eingänge enthält. Die Summenfrequenz ist sogar höher als das ursprüngliche Signal, daher ist sie unbrauchbar und wird herausgefiltert . Das resultierende Signal ist eine einzelne Frequenz (plus Harmonische ) im Audiobereich.

Die Frequenz des Lautstärke-Oszillators steuert, wie stark das Audiosignal verstärkt wird. Wenn Sie Ihre Hand bewegen, ändert sich die Frequenz, die Verstärkung des Verstärkers und damit die Ausgangslautstärke.

Es gibt einige Verwirrung, da es zwei gemeinsame Topologien mit diesen gibt. In beiden Fällen ist der Abstandserfassungsmechanismus jedoch rein kapazitiv (elektrisch / elektrostatisch, nicht in signifikantem Maße magnetisch oder elektromagnetisch).

Die zwei Haupttopologien sind (a) ein LC-Tankoszillator mit einer Reihe L, die mit der Antenne verbunden ist und einen Reihenresonanzkreis bildet. Die Antenne L ist viel größer als der Tank L und der Tank C ist viel größer als die Antenne C. Änderungen an der Antenne C werden durch die LC-Resonanz auf eine Weise "umgewandelt", die diese Änderungen verursacht (aufgrund der jeweiligen Abstimmung von die Betriebsfrequenzen der Antenne und des Tanks) in eine "virtuelle" variable Induktivität über den Tankinduktor gesehen - während der Antennenresonator auf Kapazitätsschwankungen reagiert, wird die Frequenz des Tanks (der Oszillatoren) durch eine variable Induktivität gesteuert - und die beiden interagieren miteinander andere auf eine komplexe Art und Weise, die die musikalische Linearität verbessert.

(b) Die andere übliche (minderwertige) Topologie besteht darin, dass der Tankkondensator direkt parallel zur Antennenkapazität liegt und die Oszillatorfrequenz eine einfache LC-Funktion und extrem nichtlinear ist.

Beispiele für Topologie (a) sind alle von Lev Termen entworfenen Theremins, alle von Bob Moog entworfenen Theremins. Beispiele für Typ (b) sind Jaycar / Silicon Chip Theremins und die meisten einfachen Abfälle, die man im WWW findet.

Es gibt auch andere weniger gebräuchliche Topologien ...

Übrigens ist der "Schaltplan" oben auf dieser Seite die schlechteste Art der Topologie des Typs "b"

Während ich glaube, dass die erste Erklärung die "einfache" ist, denke ich, dass die zweite Erklärung sehr viel Sinn macht. Wie @Kortuk in seinem Kommentar feststellte, arbeiten Sie im Nahfeldbereich der Antenne. Dies ist die Region, die sich nicht so verhält, wie Sie es erwarten würden, wenn Sie Ihre Berechnungen auf die Standard-Abstrahlmuster von Fernfeldantennen stützen würden.

Im Nahfeld haben Sie ein reaktives Nahfeld und ein resistives Nahfeld. Im reaktiven Nahfeld werden ständig E- und H-Felder aufgebaut und kollabiert, ohne dass die Energie die Antenne verlässt, wird lediglich zwischen den beiden unterschiedlichen Feldtypen gewechselt. Indem Sie Ihre Hand in die Nähe der Antenne halten, stehlen Sie effektiv einen Teil der Energie, die sich in diesen Bereichen befindet.

Ich denke, ein guter Vergleich wäre ein Paar Induktivitäten mit einer gewissen gegenseitigen Induktivität. Durch die Gegeninduktivität des zweiten Induktors ändert sich die gemessene Induktivität am ersten. Das gleiche passiert mit der Antenne. Indem Sie Ihre Hand nahe an die Antenne halten, nehmen Sie einen Teil der Leistung aus den E- und H-Feldern, die sich in der Region abwechseln, und ändern so den Betrag der Induktivität / Kapazität, den der LC-Tankkreis sieht, und verstimmen den Oszillator.