Электрификация

Справочник домашнего мастера

Музыкальный инструмент терменвокс

Терменвокс своими руками

Не обращайте внимание на этот схемный хлам. Это не терменвокс! Не понятно с чьей это лёгкой руки любую нелепую лабуду стало модным называть ТЕРМЕНВОКС. Да, конечно, слово загадочное и привлекает к себе внимание. Но, всё же, это ещё не повод, чтобы называть им всё и вся…
Что же такое терменвокс на самом деле? Это самый первый электромузыкальный инструмент, который сконструировал Лев Сергеевич Термен. Он запатентовал своё изобретение, его принцип действия. Поэтому именоваться терменвоксом может только то устройство, которое работает по тому же принципу, что и конструкция Л.С.Термена. Основу терменвокса (а кроме основы есть и другие узлы) составляет генераторный блок. Он содержит два генератора ВЧ (обычно от 90 и более кГц). Частота одного генератора строго фиксирована (его называют опорным генератором) а частота второго генератора в исходном состоянии равна частоте опорного, но приближением руки исполнителя к специальному электроду (штырю), за счёт изменения ёмкости колебательного контура эту частоту можно понижать (этот генератор называют управляемым). Частота управляемого генератора будет тем ниже, чем будет ближе располагаться рука исполнителя к штырю. Сигналы с обоих генераторов поступают на схему выделения разности частот (т.е. от опорной частоты отнимается управляемая частота). Схема настроена так, что разность частот располагается в звуковом диапазоне. Звуковой сигнал обрабатывается другими узлами инструмента (обрабатывается тембр, регулируется громкость и проч.) и подаётся на усилитель.
Кроме этого, схема должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к музыкальным инструментам — она должна позволять исполнять музыку.
Отсюда выводы.
1. Если принцип действия устройства другой, не тот, что описан в патенте — это совсем не терменвокс, а что-то другое.
2. Если, всё же принцип действия совпадает с описанным в патенте, но играть музыку трудно или вовсе невозможно, то это не настоящий терменвокс, а всего-лишь его демонстрационная модель, игрушка.
К большому сожалению в Интернет, в основном, публикуются схемы игрушек.

Терменвокс

«Терменвокс» — это первый электронный музыкальный инструмент, разработанный в 1921 г. санкт-петербургским физиком Львом Терменом и названный по имени своего изобретателя. Необычен он тем, что у него нет клавиш или струн. Исполнение мелодии осуществляется путем приближения (удаления) одной или обеих рук к антенне.
Терменвокс схема которого приведена на рис.1, представляет собой упрощенный вариант терменвокса и реализовано на трех интегральных микросхемах. На элементах D1.1 и D1.2 построен генератор (мультивибратор) переменной частоты, элемент D1.4 выполняет роль буфера.

Частота мультивибратора зависит от сопротивления резистора R2. емкости конденсатора СЗ и емкости между антенной WA1 и общим проводником устройства, которая образуется при поднесении руки исполнителя к антенне. Для получения максимальной чувствительности генератора к емкости антенны-руки частота мультивибратора выбрана сравнительно высокой (несколько сотен килогерц).
Второй генератор фиксированной частоты, идентичный первому, построен на элементах D2.3, D2.4 с буфером D2.2. Частота генератора может изменяться в небольших пределах с помощью потенциометра RP1. В интегральных схемах D1 и D2 использовано по три логических элемента (всего — четыре). Входы неиспользованных логических элементов соединены с общим проводом. С выходов этих двух генераторов сигналы поступают на смеситель, реализованный на микросхеме D3. Если на одних входах элементов D3.1…D3.4 сигналы имеют частоту f1, а на других — f2. то на выходе смесителя получаются сигналы частотой f1±f2- Элементы включены параллельно для увеличения нагрузочной способности смесителя. При этом амплитуда полученного сигнала достаточна для раскачки подключенного к выходу смесителя выходного трансформатора Т1. Трансформатор нагружен на динамическую головку ВА1. Громкость звука можно плавно регулировать с помощью потенциометра RP4. В качестве датчика применяется телескопическая антенна от портативного транзисторного радиоприемника, но можно использовать и кусок металлической трубки 04…6 мм длиной 350…500 мм. При использовании телескопической антенны можно дополнительно регулировать чувствительность прибора путем изменения ее длины.
Терменвокс питается от источника постоянного тока напряжением 9 В. Потребляемый ток не превышает 10 мА, поэтому можно использовать одну батарею типа 6F22. Для предотвращения взаимного влияния двух генераторов каждый из них подключен к питанию через RC-фильтр (R5-C5 и R6-С7). Выходной трансформатор и громкоговоритель берутся от портативного транзисторного радиоприемника. Устройство монтируется на печатную плату, чертеж которой показан на рис.2, а расположение элементов — на рис.3.

Собранный своими руками терменвокс помещается в корпус размерами 160x90x40 мм, на лицевую сторону которого выведены гнездо для антенны, оси двух nпотенциометров, громкоговоритель ВА1 и включатель питания. Указанные размеры корпуса являются ориентировочными и зависят, главным образом, от размеров громкоговорителя. Интегральную схему CD4011В можно заменить на К176ЛА7. К561ЛА7, СМ14011Р, HEF4011.
Настройка терменвокса производится следующим образом. С помощью потенциометра RP1 устанавливается режим «нулевых биений», т.е. частоты двух генераторов выравнивэются так. чтобы звук в громкоговорителе не был слышен. При приближении руки к антенне должен появляться звук. Точная настройка чувствительности производится потенциометром RP1: плавным поворотом его оси влево или вправо находится оптимальное положение, при котором звук появляется на максимальном расстоянии от руки до антенны. Большей чувствительности можно достичь, если одна рука исполнителя касается общего проводника (массы) устройства. При приближении руки к антенне терменвокса происходит плавное понижение звуковой частоты (удаление руки вызывает повышение частоты звука). Если пошеве лить пальцами возле ан тенны. возникает звук напоминающий смех После некоторой трени ровки можно научиться исполнять несложные мелодии.
Описанный прибор представляет интерес не только в области музыки. Без больших изменений он может служить, например, сигнализатором приближений в темноте к опасным предметам, в качестве предохранительного устройства и т.п.

Г.Минчев

Предлагаемым электромузыкальным инструментом исполни­тель управляет движениями рук подобно известной конструкции Л. Термена. Однако по принципу действия он не имеет с настоя­щим терменвоксом ничего общего — вместо взаимодействия рук исполнителя с электромагнитным полем антенн инструмента и биений сигналов двух генераторов использованы измерение расстояний до рук с помощью ИК-дальномеров и цифровое фор­мирование сигналов нужной частоты и громкости. Однако инструмент получился простым и пригодным для повторения. При дальнейшем совершенствовании он может найти примене­ние в музыкальной практике.

Журнал «Радио» не раз публиковал описания конструкций терменвок-сов, построенных по традиционному принципу . Поскольку этот музы­кальный инструмент своим необычным звучанием всегда привлекает внима­ние, он был изготовлен и автором пред­лагаемой статьи для демонстрации в музее науки «Ньютон-парк» в Краснояр­ском музейном центре.

Однако его демонстрация при сво­бодном доступе посетителей музея к экспонатам (а посетители эти — в ос­новном школьники младших классов) выявила специфический недостаток. Когда вокруг инструмента, имеющего довольно объёмную зону чувствитель­ности, собираются несколько посетите­лей и пытаются управлять им одновре­менно, результат бывает непредсказуе­мым.

В предлагаемой конструкции этот недостаток устранён. Вместо антенн и генераторов с колебательными конту­рами использованы триангуляционные инфракрасные датчики расстояния (дальномеры) GP2Y0A41SK и GP2Y0A21.

Первый измеряет расстояние от 4 до 30 см, а второй — от 10 до 80 см. Их зоны чувствительности имеют вид конусов с углами при вершине около 17°. Ладонь исполнителя в рабочем интервале расстояний полностью пере­крывает такую зону. Выходное напря­жение датчиков изменяется в указан­ных интервалах приблизительно на 2 В. Размеры датчиков — 29x12x18 мм, напряжение питания — 5 В, потребляе­мый ток — 30 мА. Описание таких дат­чиков и принципа их работы можно найти в .

Инструмент воспроизводит ноты нескольких октав. Как и в классическом терменвоксе, один датчик (с большим максимальным измеряемым расстоя­нием) задаёт высоту тона формируемо­го звука, второй — его громкость. Сиг­налы датчиков обрабатывает и пре­образует в звуковой сигнал микроконт­роллер.

Схема терменвокса изображена на рис. 1. Он выполнен на микроконтроллере ATmega16-16PU, тактовая частота которого (16 МГц) стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1. Поэтому частоты нот имеют высокую стабиль­ность. Блок питания и выходной усили­тель на схеме не показаны.

Рис. 1

Датчики В1 и В2 подключают к разъ­ёмам Х1 и Х2 двумя трёхпроводными гибкими кабелями длиной около 0,5 м из провода МГТФ. Их сигналы посту­пают соответственно на входы ADC6 и ADC7 микроконтроллера (это входы ка­налов его АЦП). Форма выходного сиг­нала задана в программе массивом, содержащим 64 константы — отсчёты мгновенных значений сигнала в одном его периоде. Частоту выборки отсчётов из массива (в 64 раза большую задан­ной частоты выходного сигнала) задаёт шестнадцатиразрядный таймер Т1. Он работает в режиме СТС и генерирует запросы прерывания с периодом, за­данным числом, загруженным в его регистр OCR1A.

В зависимости от измеренного дат­чиком В2 расстояния до руки исполни­теля программа вычисляет индекс эле­мента массива aChastota, содержащего нужное для загрузки в регистр OCR1A число. По прерываниям от таймера про­грамма выводит в порт С очередные мгновенные значения формируемого сигнала.

Зависимость выходного напряжения датчика Uд от расстояния D (на рабочем участке) описывает функция вида

Методика определения её коэффи­циентов А и В приведена в статье на сай­те . Но более удобно, на мой взгляд, использовать для этого электронную таблицу Excel.

Сначала измерьте напряжение на выходе датчика при различном расстоя­нии от его панели, на которой располо­жены окна ИК-излучателя и фотоприём­ника, до преграды. Ею может служить любой плоский предмет — книга, короб­ка и даже собственная ладонь. Напря­жение измеряют любым точным вольт­метром постоянного тока. Замеры до­статочно делать через каждые 10 см расстояния. Результаты заносите в таб­лицу. На рис. 2 показана эта таблица, готовая к расчёту. В электронном виде она находится в файле tables.xls на Листе 1.

Рис. 2

В ячейках В7—В13 указаны расстоя­ния D в сантиметрах. В ячейках С7— С13 — соответствующие им измерен­ные значения напряжения на выходе датчика Uизм в милливольтах. В ячейках D7—D13 выведены рассчитанные про­граммой Excel по приведённой выше формуле значения этого напряжения Uд. Коэффициенты А и В помещены со­ответственно в ячейки D2 и D3. Их на­чальные значения А=20000 и В=150 заданы произвольно. Графики изме­ренной (красный) и расчётной (синий) зависимостей напряжения от расстоя­ния расположены в колонках J—N.

В столбец Е выведены значения раз­ностей измеренного и расчётного на­пряжения, а в столбец F — квадраты этих разностей. Подсчитанная програм­мой Excel сумма квадратов разностей, характеризующая точность совпадения экспериментальной и расчётной зави­симостей, выведена в ячейку F15.

Процедура подборки коэффициен­тов занимает не более 10 мин. Изменяя их, наблюдайте, как графики сближают­ся, а сумма в ячейке F15 уменьшается. В рассматриваемом случае минимальное значение в этой ячейке, равное 848, достигается при А=23910 и В=173. При этом графики практически сливаются. Следовательно, для использованного автором экземпляра датчика зависи­мость выходного напряжения в милли­вольтах от расстояния в сантиметрах аппроксимирует формула

Выходной код К канала ADC7 АЦП микроконтроллера, оцифровывающего это напряжение, равен

где Uобр — образцовое напряжение АЦП; N — число двоичных разрядов АЦП. В рассматриваемом случае Uобр = 5090 мВ (точное значение напряжения питания микроконтроллера), N=8 (два младших разряда десятиразрядного АЦП не используются).

После подстановки значений Uд, Uобр, N и несложных преобразований полу­чим

По этой формуле микроконтроллер и должен рассчитывать расстояние в сан­тиметрах, но потребуется использовать 32-разрядную арифметику. Можно уп­ростить расчёты, если пропорционально уменьшить и округлить коэффициенты. В результате, приняв образцовое напря­жение АЦП равным 5120 мВ, получим

Эта приближённая формула и использована в программе микроконт­роллера. Погрешность вычисления по ней на расстоянии 74 см не превышает 1,5 см, а на расстоянии меньше 60 см она уже меньше сантиметра. Такой погрешностью можно пренебречь, тем более что гриф создаваемого инстру­мента — виртуальный.

При расстоянии до преграды от 10 до 60 см напряжение Uд изменяется в пределах 2550…770 мВ. Значения кодов АЦП при этом изменяются от 127 до 28. Если в зоне чувствительности датчика ничего нет, напряжение Uд будет около 200 мВ, при этом АЦП выдаёт код 10. На расстояниях менее 10 см характер зависимости напряже­ния от расстояния резко меняется — оно быстро падает , что связано с конструктивными особенностями дат­чика. Чтобы не учитывать этот эффект, на удалении около 10 см от датчика ус­тановлено искусственное препятствие, мешающее приблизить руку к датчику на меньшее расстояние.


Индекс элемента массива aChastota, содержащего константы для загрузки в регистр OCR1A таймера 1, получается уменьшением значения D на 10. Чтобы заполнить этот массив, была создана электронная таблица Excel, находящая­ся в файле tables.xls на Листе 2. Её стол­бец В заполнен получаемыми от АЦП значениями К от 127 до 23 с шагом 1. В столбце С — вычисленные по приведён­ной выше упрощённой формуле целые части значений D. Дело в том, что про­грамма микроконтроллера при вычис­лениях с фиксированной запятой отбра­сывает дробные части чисел.

В столбец D помещены значения ин­дексов массива aChastota. Цветом вы­делены строки нижней части таблицы, где индекс становится больше 63 и вы­ходит за границу массива. Это происхо­дит на больших расстояниях руки от датчика, когда выходной код АЦП стано­вится меньше 25. В этом случае про­грамма выключает звуковой сигнал, ус­танавливая его амплитуду равной нулю.

Зависимость получилась крайне не­равномерной. В её начальной части при изменении расстояния на сантиметр код АЦП проходит несколько последо­вательных значений. Например, в ин­тервал от 10 до 11 см укладываются коды от 122 до 113. В интервале при­близительно от 25 до 35 см каждому сантиметру расстояния соответствует изменение кода на единицу. А в конце грифа код изменяется на единицу лишь при изменении расстояния на несколь­ко сантиметров. Например, К=31 соот­ветствует расстоянию 53 см, а К=32 — уже 56 см. Следовательно, при пере­мещении руки от 53 до 55 см включи­тельно программа будет обращаться к одному и тому же элементу массива aChastota и генерировать звук од­ной и той же тональности. К элементам aChastota и aChastota обраще­ний не будет никогда, поэтому их значе­ния можно сделать любыми, например, равными aChastota.

Массив aChastota заполнен с помо­щью ещё одной электронной таблицы (Лист 3 в файле tables.xls). В её столб­це В, начиная с ячейки В10, находятся значения индекса от 0 до 63. Цветной заливкой выделены строки с индекса­ми, не встречающимися в предыдущей таблице. Всего их 18. Это значит, что ин­струмент сможет воспроизвести 46 нот (почти четыре октавы). Пусть это будут малая, первая, вторая октавы и часть третьей до ноты ля включительно.

Столбец С заполним значениями частот нот. Для этого в ячейку СЮ поместим частоту ноты ля третьей октавы 1760 Гц. Значение в следующей ячейке получим делением предыдуще­го значения на 1,0595 . Тем же спо­собом заполняем все последующие ячейки столбца С, пропуская выделен­ные заливкой. В пропущенные ячейки поместим значения, взятые из преды­дущих.

В столбец D программа Excel поме­стит значения, загружаемые в регистр OCR 1А таймера Т1, вычислив их по взя­той из формуле

где Fclk= 16000000 Гц — тактовая частота микроконтроллера; F — частота выход­ного сигнала; PS=8 — коэффициент де­ления частоты предварительным дели­телем таймера; S=64 — число отсчётов сигнала за период.

Можно было бы поручить вычислять эти значения программе микроконтрол­лера, однако экономнее с точки зрения расхода машинного времени вычислить их заранее, занести в массив и выби­рать оттуда по необходимости. Памяти для хранения таблиц у микроконтролле­ра достаточно.

Предварительно заполнив столбец F символами запятой, можно скопиро­вать столбцы Е и F в буфер обмена Windows, а затем выгрузить из буфера прямо в текст программы.

С полученным массивом гриф раз­рабатываемого терменвокса похож на классический — частота выходного сигнала тем выше, чем ближе рука к датчику.

Выходной аналоговый сигнал фор­мируют умножающий десятиразряд­ный ЦАП 572ПА1А (DA3) и операцион­ный усилитель КР140УД8А (DA4), вклю­чённые по типовой схеме. Из порта С на ЦАП поступают восьмиразрядные коды, два младших разряда ЦАП не используются.

Образцовое напряжение Uref для ЦАП, которому пропорциональна амплитуда выходного сигнала, программа форми­рует с помощью работающего в режиме FastPWM таймера ТО микроконтролле­ра. Оцифрованный каналом 6 АЦП сиг­нал датчика В1 задаёт коэффициент заполнения импульсов, генерируемых таймером 0 на выходе ОСО. Выделенная фильтром R5C6 постоянная составляю­щая этих импульсов через повторитель напряжения на ОУ DA2 поступает на вход Uref, ЦАП.

Сформированный звуковой сигнал с выхода ОУ DA4 поступает на разъём ХЗ. Это гнездо для стандартного аудио­штекера диаметром 3,5 мм. Резистор R6 нужен, если предполагается про­слушивать звук через головные теле­фоны.

Питают инструмент от любого источ­ника постоянного напряжения 5 В. На­пряжения +9 В и -9 В для питания ОУ DA2 и DA4 получают от преобразователя напряжения, входящего в состав микро­схемы адаптера последовательного ин­терфейса МАХ232СРЕ (DA1).

Как уже было сказано, форма выход­ного сигнала задана массивами его мгновенных значений. Всего их четыре по числу реализуемых форм сигналов, показанных на рис. 3. Каждый массив содержит 64 отсчёта одного периода сигнала. При работе инструмента мас­сивы, из которых выбираются отсчёты, перебираются программно, сменяясь каждые несколько минут. Смена сопро­вождается изменением тембра звуча­ния.

Рис. 3

Управляют инструментом двумя ру­ками. Правой рукой задают тон звука, левой — его громкость. Ось зоны чувст­вительности датчика В1 должна быть направлена влево-вверх от исполните­ля, а ось зоны чувствительности датчи­ка В2 — вправо-вверх. Наклоны осей особого значения не имеют, нужно лишь проследить, чтобы при движении руки не попадали в зоны чувствительности «чужих» датчиков. Для удобства обе оси должны быть наклонены одина­ково относительно горизонтальной плоскости.

Электронный блок инструмента со­бран на макетной плате проводным монтажом и встроен в один из экспона­тов музея (макет робота). В нём приме­нены резисторы ОМЛТ-0,125, конден­саторы КМ5. Вместо микроконтролле­ра, указанного на схеме, можно ис­пользовать ATmega8535 или ATmega32 без изменения схемы, но для этого нужно перетранслировать программу под применённый микроконтроллер. ОУ КР140УД8А можно заменить дру­гим, например, К544УД2 или импорт­ным с предельной скоростью нараста­ния выходного напряжения не менее 2 В/мкс. Усилители с меньшим быстро­действием искажают высокочастотные сигналы.

Вместо К140УД14А можно приме­нить другой ОУ с низким потреблением. Амплитуда выходного сигнала меняется медленно, в такт движениям руки, и быстродействие усилителя здесь не­критично. Если применить ОУ с боль­шим потреблением, напряжение их пи­тания может «просесть». Например, при использовании двух ОУ КР140УД8А с общим потреблением 10 мА от микро­схемы MAX232CPE будут получены на­пряжения +7,5 В и -6 В .

Программа для микроконтроллера написана на языке С в среде WinAVR (AVR Toolchain), входящей в состав IDE AVR Studio v4.19.

Прибор имеет ряд недостатков — искажение формы сигнала из-за малого числа отсчётов на период, недостаточ­ный диапазон воспроизводимых нот, пропуски в таблице частот. Чтобы устра­нить их, нужно применить более произ­водительный микроконтроллер и АЦП большей разрядности. Всё это имеет смысл при разработке инструмента для серьёзного применения.

ЛИТЕРАТУРА

Архив к проекту (электронные таблицы и программа микроконтроллера)

С. СВЕЧИХИН, г. Красноярск
Источник: журнал Радио №12, 2015

Музыкальные изобретения Льва Термена

9 октября в Новой Третьяковке состоится концерт «SOUND UP: Революция в звуке», посвящённый экспериментальной музыке 1920-х годов — эпохи, когда композиторы пытались следовать за техническими новаторскими изобретениями и достижениями индустриализации. Александр Мосолов писал «музыку машин», Дмитрий Шостакович сочинил балет «Болт», в те же годы появилось крупнейшее сочинение Владимира Дешевова — опера «Лёд и сталь».

Важным элементом этого концерта станет исполнение ансамблем «Студия новой музыки» Аэрофонической сюиты Иосифа Шиллингера — первого произведения для терменвокса с оркестром. Терменвокс, разработанный Львом Терменом в первые послереволюционные годы стал, пожалуй, самым известным электроакустическим изобретением эпохи, прижился и используется до сих пор.

В преддверии концерта «Революция в звуке» Mixmag Russia на основе материалов Андрея Смирнова — самого авторитетного российского историка электроакустики — составил подборку наиболее значимых музыкальных изобретений Льва Термена.

Лев Термен: жизнь и судьба

Изобретатель, физик и музыкант Лев Сергеевич Термен (1896-1993) родился в 1896 году в Петербурге. Окончил Петербургскую консерваторию по классу виолончели, обучался на физико-математическом факультете Петербургского университета. С 1919 года заведовал лабораторией Физико-технического института в Петрограде, одновременно с 1923 года — сотрудничал с ГИМН’ом (Государственный институт музыкальной науки, Москва).

В 1927 г. был направлен Наркомпросом РСФСР в зарубежную командировку. Объездил всю Европу, был одним из популярнейших людей в Нью-Йорке, был вхож в клуб миллионеров. В 1931-38 гг. являлся директором акционерного общества Teletouch Inc. (США). В его Нью-Йоркской студии бывали и работали такие выдающиеся люди своего времени, как физик Альберт Эйнштейн, дирижер Леопольд Стоковский, актер Чарли Чаплин, художница Мари Элен Бьют и многие другие. Его изобретения, сделанные в 20-40-е, годы прочно вошли в наш обиход.

В конце 1938 года Термен возвратился в СССР, был арестован в 1939 году и осужден на 8 лет лагерей. Год провел на Колыме, но большую часть срока — в легендарной «Туполевской» шарашке. После освобождения работал в научно-исследовательском центре КГБ, разрабатывая различные электронные системы.

С 1963 г. являлся сотрудником акустической лаборатории Московской консерватории. В конце 60-х из-за разногласий с начальством после публикации статьи о нем в Американской газете The New York Times его со скандалом изгоняют из консерватории, и он вынужден перейти на работу в МГУ. С 1966 года Термен — сотрудник кафедры акустики физического факультета МГУ.

Умер в 1993 году.

Первый в истории электронный музыкальный инструмент. Изобретен в России в 1919/1920 годах, назван по имени своего создателя. Звук на этом инструменте возникает не от касания, а от движений рук исполнителя в пространстве перед специальными антеннами. При этом со стороны слушателю кажется, что звук возникает из ниоткуда.

Изменение высоты звука достигается путем приближения руки к правой антенне, в то время как громкость звука управляется приближением/ отдалением другой руки к/от левой антенны. Исполнитель на терменвоксе играет стоя.

Инструмент предназначен для исполнения любых (классических, эстрадных, джазовых) музыкальных произведений, а также для создания различных звуковых эффектов (пение птиц, свист и др.), которые могут найти применение при озвучивании фильмов, спектаклей и т. д.

Терпситон

«Терпситон» — инструмент, позволяющий танцору сочетать пластику тела с музыкой и светом.
Идея «терпситона» пришла к Термену также еще в начале 20-х годов, вероятно, сразу же после создания «терменвокса». Но если в «терменвоксе» высота тона и громкость зависят от положения рук исполнителя, то в «терпситоне» частота и амплитуда звука определяются изменением положения всего тела танцующего.

Принцип действия «терпситона» очень похож на принцип действия «терменвокса»: у одного из генераторов частота жестко фиксированная, а у второго — переменная. Она зависит от изменения расстояния между обкладками конденсатора колебательного контура. Одной из обкладок конденсатора является изолированная металлическая пластина, помещенная под полом танцевального зала, а второй — тело танцора.

Первый вариант инструмента был изготовлен во время пребывания Термена в США. Другой — во время его работы в Московской консерватории (1966-67 гг.).

Ритмикон

Ритмикон предназначен для формирования любых желаемых музыкантом ритмических структур. Инструмент был сконструирован Терменом в 1931 году (также в США). Для отсчета ритма в инструменте используется оригинальный механизм, в который входят источники света и вращающиеся диски с отверстиями.

Ритмикон имеет пианино-подобные клавиши, регуляторы скоростей вращения дисков («звуковысотного» и «временного», или, иначе, «ритмического») и фотодатчик с усилителем, формирующие озвученный ритм.

Главная функция «звуковысотного» диска — генерация постоянного звукового сигнала. Частота звукового сигнала определяется скоростью вращения этого диска и числом отверстий в диске, через который проходит свет. Функция «временного» диска заключается в получении желаемых ритмических рисунков.

Грифовый электронный инструмент (виолончель)

Для разработки вопросов, связанных с грифовым управлением электромузыкальных инструментов, соответствующих звучанию смычковых, в лаборатории акустики Московской консерватории в 1965 г. разработан и изготовлен экспериментальный одноголосный грифовый инструмент. Диапазон его около 4-х октав — от субконтроктавы до пятой. При игре гриф располагается вертикально, аналогично виолончельному.

Громкость звука регулируется нажимом и передвижением лёгкого рычага, расположенного сходно с положением смычка. Резкость атаки звука также может изменяться. Динамический диапазон инструмента превышает громкость обычных смычковых инструментов более чем в 10 раз.

Инструмент состоит из игрового грифа с контролем динамики и тембра, электронного блока и динамика.

Благодарим Андрея Смирнова за предоставленные материалы.

Один век терменвокса

Интервью Александра Хохлова с Александрой Романовой
«Троицкий вариант» №24(293), 3 декабря 2019 года

Александра Романова. Фото Яны Булаш

В 2019 году круглую дату отметил терменвокс, придуманный сто лет назад Львом Сергеевичем Терменом. О том, какое место в современной музыке занимает этот электромузыкальный инструмент, корреспондент ТрВ-Наука Александр Хохлов узнал у Александры Романовой , петербургской терменвоксистки и музыканта-мультиинструменталиста.

— Александра, в этом году во всем мире отмечается столетие российского музыкального инструмента терменвокса. Как я понимаю, он был одним из первых в истории электромузыкальных инструментов. Расскажи, как он был изобретен?

— Терменвокс — не только первый электроакустический, но и первый бесконтактный музыкальный инструмент. Льву Термену удалось выпустить звук в пространство, что позволило буквально почувствовать звук наощупь. Термен экспериментировал с электромагнитным полем в одной из физических лабораторий Политехнического института в Петрограде, изобретая сигнализацию по принципу звуковой реакции на движение. Он ощущал эту связь физики и музыки через акустику и хорошо осознавал, насколько они близки, — сам играл на виолончели, у него были и другие музыкальные инструменты помимо терменвокса. Изначально свое изобретение он окрестил «этерофон», от слова ether, не назвал в честь себя. Уже позже один журналист написал о «голосе Термена», и теперь все повторяют.

— В конце прошлого года в кинотеатрах показывали фильм Дэмьена Шазелла «Человек на Луне» (First Man) о жизни астронавта Нила Армстронга. В саундтреке явственно слышался терменвокс, это очень подходит для иллюстрации внутреннего настроя главного героя фильма и его выхода на Луну. Правильно ли я понимаю, что в реальности Нил Армстронг брал с собой на корабль аудиокассету с музыкой терменвокса?

— Да, я очень люблю эту историю! Альбом, на который пал выбор астронавтов, — Music Out of the Moon, терменвокс поэтому часто называют «лунным инструментом». Исторически сложилось, что терменвокс используют в музыке для фильмов на космическую тематику, в этом году сняли документальную ленту, посвященную полету на Луну, и я записала свой вариант озвучки на терменвоксе. Получилось очень актуально, учитывая, что год столетия терменвокса совпадает с пятидесятилетием Apollo 11. Это очень вдохновляет — представлять, как музыка, сыгранная на электромагнитном поле, за 380 тысяч километров от Земли звучит на космическом корабле, совершившем такое невероятное путешествие.

— Сначала ты играла на скрипке, как перешла к терменвоксу?

Лев Сергеевич Термен. 1920-е годы

— Для меня терменвокс — это, конечно, струнный инструмент, только с невидимыми струнами. Лев Сергеевич называл свое изобретение «голосовым», и действительно, все струнные стремятся приблизиться к пению, к вибрациям, наиболее трогательным и естественным для восприятия. В детстве я попросила родителей отдать меня на скрипку, чтобы размышлять под звуки струн — как у Конан Дойля, и вообще всю жизнь была влюблена в само понятие струны и, конечно, в струнные инструменты, их у меня было множество: я играла на китайской эрху, на индийской саранги, на виолончели, сейчас постоянно играю на альте.

— Обязательно ли знать устройство инструмента для игры на нем?

— На мой взгляд, законы физики и музыки наиболее точно, полно и ясно описывают и то, что непосредственно окружает нас, и то, что скрыто, невидимо глазу. До музыкального вуза я училась в Политехе, часто оказывалась рядом с лабораторией Термена, еще не подозревая о том, что, как только я услышу запись игры Льва Сергеевича и увижу его изобретение, мои поиски идеального инструмента для самовыражения прекратятся. Это оказалось чем-то таким близким, а любовь к струнным, как и знание физики и акустики, помогают мне играть на терменвоксе. Впрочем, достаточное количество терменвоксистов не владеют профессионально никаким другим инструментом и не имеют музыкального образования.

— Менялось ли отношение к инструменту за эти сто лет, насколько он был востребован и в каких стилях музыки?

— Сто лет назад это изобретение потрясло мир. Идеально в плане электрификации, нашло свой отклик в озвучке научно-фантастического кино, в фильмах про космос. Сейчас мы слышим слабые отголоски былой славы, несмотря на его распространение в Интернете. Но с наступлением столетия стало очевидно, что идет новая большая волна в связи с первой значимой датой в истории терменвокса, его ренессанс.

— Терменвокс называют голосовым инструментом и, как я понимаю, обычно играют на нем под аккомпанемент. Какую музыку на нем исполняют сейчас и что исполняешь ты? Насколько часто и где получается играть?

— Как и на любом сольном инструменте, играть с аккомпанементом удобнее, чем а капелла, а когда ориентируешься в основном на слух, то тем более. Есть множество интересных тембральных сочетаний, я, например, очень люблю играть с органом. На последнем концерте в Звёздном городке довелось поиграть с арфой. У меня было много концертов в честь столетия, в апреле, как самом космическом месяце, был рекорд — 15 различных выступлений в разных городах России.

У терменвокса большой нераскрытый потенциал, я бы сказала, что чаще всего этот инструмент «используют». Я тоже постоянно экспериментирую — пробовала играть в джазовом биг-бенде, в импровизационном оркестре, с педалями эффектов, с электроникой, синтезаторами и этническими инструментами, но всё же чаще всего на терменвоксе я исполняю классическую музыку в сопровождении фортепиано. Сейчас около 10–15 человек в мире играют на терменвоксе академическую музыку.

— Я знаю, что в сентябре в Японии в рамках празднования столетия терменвокса был побит рекорд Книги Гиннесса «самый большой ансамбль терменвоксов». Как это происходило?

— Эта номинация появилась несколько лет назад, когда глава японской школы терменвокса Масами Такеути установил первый мировой рекорд ансамбля матрёминов — терменвоксов, помещенных в корпус русской матрешки. Япония сейчас самая терменвоксовая страна, там несколько тысяч исполнителей на матрёмине. Когда Масами приезжал на открытие столетия в Россию, он привез для меня матрёмин и предложил приехать в Японию и поучаствовать в установлении рекорда. Из гостей было всего пять человек — семья Термен, греческий композитор Мариос Элия и я, а всего в ансамбле получилось 289 человек. Это было очень яркое событие — 14 сентября в городе Кобе мы играли «Оду к радости» Бетховена.

Концерт 14 сентября 2019 года с матрёминами для нового рекорда Книги Гиннесса. Фото Т. Ходовой с сайта jp.rbth.com

— Насколько сложно научиться играть на терменвоксе и где в России это можно сделать?

— В январе этого года на круглом столе в Музее музыки в рамках открытия столетия петербургским Обществом терменвокса обсуждались вопросы развития инструмента, но до того, как игру на терменвоксе станут преподавать в музыкальных школах, училищах и вузах, еще нужно пройти много стадий.

Терменвокс — молодой инструмент, современный терменвоксист находится в экспериментально-полевых условиях, большинство учатся наедине с инструментом или у других музыкантов. Многие из них дают частные уроки, доступные всем желающим. Причем каждый музыкант играет по-своему, поэтому инструмент звучит неповторимым образом — действительно, как голос.

В этом плане многие могли бы открывать свои школы и направления. Пётр Термен , правнук изобретателя, охотно набирает учеников. Наиболее вдохновляющими для меня были выступления Натальи Львовны Термен. Очень полезной является методичка виртуоза терменвокса Клары Рокмор, которую она составила, опираясь в том числе на сборник известных скрипичных упражнений — это самый адекватный материал из существующих. Я общалась с большинством ведущих терменвоксистов мира, у каждого есть чему поучиться, но не у всех есть педагогический дар. Я могу научить тому, что умею сама.

Терменвокс, как и остальные музыкальные инструменты и, возможно, даже в большей степени, требует постоянства в освоении, усердия, терпения и определенного волевого вектора внутри. В музыке нет ничего простого.

Беседовал Александр Хохлов

1. Группа А. Романовой во «ВКонтакте»
2. Сайт Петра Термена (терменвокс)

Иногда терменвоксы делают с использованием ультразвуковых датчиков или ИК LED, для того чтобы менять звучание согласно расстоянию до рук, но настоящий терменвокс — это емкостная аппаратура. Поэтому здесь мы попробуем построить термен на современной элементарной базе — контроллере ATtiny85. Такой терменвокс работает с использованием емкости антенны в цепи генератора, на очень высоких частотах, поскольку емкости рук малы. Затем они складываются с фиксированной частотой генератора, чтобы получить разницу (биения), проявляющуюся в виде звуковой частоты.

Схема терменвокса

Терменвокс, показанный на схеме выше, имеет только один компонент! Сам контроллер ATtiny85 и вспомогательные элементы — стабилизатор, конденсатор, провода и макетная плата. Красный и черный — питание, зеленый — аудио, и медные провода антенны.

Есть несколько моментов, которые стоит отметить. Во-первых, производительность лучше, когда вы носите ремешок (желтый провод). Это не очень удобно, хотя существуют коммерческие терменвоксы, где тоже нужен ремешок на запястье.

Диапазон частот программируется (т. е. можно прошить hex файл, чтобы изменить его) и с исходными данными работает примерно на 15 сантиметров от антенны. Перекрывается примерно две октавы. А когда вы касаетесь его — просто пищит.

Как это работает?

Когда рука приближается к антенне, значение АЦП идет вверх. Происходит измерением емкости, схема меняет частоту и выдаёт разницу относительно гетеродина, которая поступает как звуковой сигнал (несколько кГц) на аудио выход. Емкость измеряется с высокой скоростью, в среднем несколько сотен раз в секунду, чтобы получить подходящее значение.

Питается терменвокс от 9В батареи. Дальше напряжение проходит через линейный стабилизатор на 5В — это 78L05 в обычном К-92 пакете. Конденсатор на выходе нужен для фильтрации ВЧ.

Для подключения антенны сделаны маленькие хомуты. Была идея поставить маленькие телескопические антенны, которые используют в 433 МГц пультах беспроводных переключателей, но медные провода лучше в плане настройки конфигурации. О том как пользоваться этим прибором смотрите на видеоролике:

Терменвокс известен с 1920 года. Является музыкальным инструментом. Его изобрел советский изобретатель Лев Сергеевич Термен в Петрограде. Его фамилия и легла в основу название инструмента.

Музыкальное устройство снабжено антеннами. Игра на нем заключается в изменении расстояния между ними и руками человека. Происходит это из-за изменения емкости колебательного контура, что сказывается на частоте звука.

Терменвокс может быть классическим, конструкция которого подобна устройству, сконструированному Львом Терменом. Различают так же инструмент системы Ковальского, матремин (японский аналог), виртуальный терменвокс. Играть на нем учат только в школах, расположенных в Санкт-Петербурге и Москве.

Терменвокс отличается простотой конструкции, его легко сделать своими руками за несколько часов. Для этого понадобятся: динамик; микросхема 555; фотоэлемент; аудиовыход; печатная плата (макетная); реле, которое необходимо для регулирования уровня звука.

Поделка имеет несколько упрощенный, относительно оригинала, вид. В ней нет антенны – вместо нее устанавливают фотоэлемент. Звуком управляют, изменяя освещенность последнего. Несмотря на упрощенность, получается интересная музыкальная игрушка, которая заинтересует не только детей, но и взрослых – друзей, знакомых.

Собирают схему. Первую клемму микросхемы подключают к массе и через конденсатор, фотоэлемент и резистор к 8, 4 клеммам и к «плюсу» питания (используется батарейка типа «крона»). Клемму соединяют к клемме 6 и перемычкой цепи между конденсатором и фотоэлементом. Клемму 7 подсоединяют к перемычке между фотоэлементом и резистором. К 3-й клемме подсоединяют аудиовыход, снабженный реле, с помощью которого можно регулировать уровень звука, динамиком. В сеть также впаивают выключатель – в линию подачи напряжения к клемме 8.

В поделке можно менять громкость звуков в динамике, регулируя его с помощью встроенного в схему реле. Высоту тона звуков моделируют, изменяя освещенность фоторезистора. Делают это рукой, прикрывая полностью или частично доступ света к прибору. Последнее можно производить так, чтобы на выходе звучала какая-то мелодия.

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх