Comment fonctionne une «antenne» Theremin?

J'ai toujours supposé que la forme des antennes était importante; un monopôle vertical pour le pitch et une boucle horizontale pour le volume, pensant que cela minimisait leurs interférences les uns avec les autres. Mais il semble qu'ils fonctionnent en fait davantage dans la plage de 200 à 500 kHz. À ces fréquences, une bonne antenne aurait des centaines de mètres de long, et l'utilisation de fréquences différentes pour chaque antenne est suffisante pour éviter les interférences.

D'autre part, le schéma Moog Etherwave a un tas de bobines en série avec les antennes, ce qui pourrait être un allongement électrique ?

La plupart des descriptions que j'ai lues expliquent que ce n'est que la capacité humaine à la masse qui désaccorde les oscillateurs, donc n'importe quelle forme de métal fera l'affaire, car elle agit simplement comme une plaque de condensateur.

Cette page décrit quelque chose de différent, cependant, que je ne comprends pas:

Au-delà de 4 pouces (10 cm), les variations de pas du theremin hétérodyne RF sont causées par des changements dans la "résistance aux radiations". Il s'agit de la puissance électromagnétique RF totale rayonnée par l'antenne de tangage divisée par le carré du courant net circulant dans l'antenne de tangage. Le champ primitif est un double équilibre électrique / magnétique, et pas seulement un champ capacitif comme cela est communément dit.

Quelques explications supplémentaires ici

Est-ce correct? Quel est le problème avec l'explication de la capacité?

Plus:

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

Linéariser la sensibilité à la hauteur - J'ai trouvé que l'octave supérieure était très compressée et que les notes les plus hautes que je voulais jouer étaient si proches de l'antenne qu'un vibrato précis n'était pas possible. Un moyen de linéariser la réponse consiste à mettre une inductance en série avec l'antenne.

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

Cet effet est partiellement compensé par la nature du circuit accordé LC, dont la fréquence dépend de la racine carrée inverse de la capacité. C'est la raison principale, je crois, pour laquelle les oscillateurs basés sur un seul pôle (un seul composant réactif, c'est-à-dire la capacité) n'ont jamais pris le dessus pour l'utilisation du séminaire. Moi, et probablement beaucoup d'autres, j'ai expérimenté avec des oscillateurs RC dans le but de se débarrasser de ces bobines embêtantes; même la minuterie NE555 ordinaire peut être utilisée à cet effet. Cependant, dans de tels circuits, la fréquence d'oscillation est inversement proportionnelle à la capacité, plutôt qu'à la racine carrée de la capacité, et l'effet de "loi carrée" est en conséquence bien pire. Une autre façon de voir les choses est que la sensibilité (dF / dC) des circuits RC est proportionnelle à 1 / C2 au lieu de 1 / C1.5 dans le cas du circuit LC.

Le fait que les theremins utilisent des mélangeurs hétérodynes n'a rien à voir avec la RF. Les «antennes» ne sont pas des antennes au sens RF classique. L'explication de la capacité est correcte.

Condensateurs et "Antennes" Theremin

Le type de condensateur le plus simple est un condensateur à plaques parallèles . Cela signifie que le condensateur se compose de deux plaques métalliques séparées par un matériau appelé diélectrique. L'équation pour la capacité d'un tel condensateur est C = εA / d, où ε est la permittivité du diélectrique (ε≈8.8541878176 .. × 10 ^ −12 F / m pour l'air).

Lorsque vous utilisez un theremin, votre main est une plaque (votre main est effectivement mise à la terre), l'antenne est l'autre et l'air entre les deux est le diélectrique. Lorsque vous déplacez votre main, vous faites varier la capacité entre le sol et l'antenne. Les deux mains affecteront les deux antennes, car elles agissent comme deux plaques en parallèle, augmentant la surface totale.

Les deux antennes sont à angle droit car cela réduit l'impact de votre main gauche sur l'antenne droite et vice versa. Par exemple, lorsque vous déplacez votre main de haut en bas au-dessus de l'antenne de volume, elle maintient une distance relativement constante de l'antenne de tangage, donc sa contribution à la capacité globale est constante (et petite).

Théorie du fonctionnement

Remarque / mise à jour: veuillez vous référer à la réponse de FredM pour une description plus détaillée de l'oscillateur.

Les deux condensateurs d'antenne font partie de deux oscillateurs LC actifs différents et complexes . Le «L» fait référence aux inducteurs, qui stockent l'énergie dans un champ magnétique; le «C» fait référence aux condensateurs, qui stockent l'énergie dans un champ électrique. Dans un oscillateur LC, l'énergie circule constamment entre les deux, passant du potentiel électrique au potentiel magnétique.

La fréquence de l'oscillateur de hauteur est au-delà des fréquences audio, il ne peut donc pas être utilisé directement. Le theremin a un troisième oscillateur qui fonctionne à une fréquence fixe. L'oscillateur de hauteur tonale et les sorties de l'oscillateur fixe sont alimentés dans un mélangeur hétérodyne , résultant en une sortie qui inclut la somme et les fréquences de différence des deux entrées. La fréquence de somme est encore plus élevée que le signal d'origine, elle est donc inutile et filtrée . Le signal résultant est une fréquence unique (plus les harmoniques ) dans la plage audio.

La fréquence de l'oscillateur de volume est utilisée pour contrôler la quantité d'amplification du signal audio. Lorsque vous déplacez votre main, la fréquence change, donc le gain de l'amplificateur change, et donc le volume de sortie change.

Il y a une certaine confusion car il existe deux topologies communes avec les reines, cependant, dans les deux cas, le mécanisme de détection de distance est purement capacitif (électrique / électrostatique, pas magnétique ou électromagnétique à un degré significatif)

Les deux topologies principales sont (a) un oscillateur de réservoir LC avec une série L connectée à l'antenne formant un circuit résonnant série. L'antenne L est beaucoup plus grande que le réservoir L, et le réservoir C est beaucoup plus grand que l'antenne C. Les modifications apportées à l'antenne C sont "converties" par la résonance LC d'une manière qui provoque ces changements (en raison des réglages respectifs de les fréquences de fonctionnement de l'antenne et du réservoir) en une inductance variable "virtuelle" vue à travers l'inductance du réservoir - donc pendant que le résonateur d'antenne répond à la variation de capacité, la fréquence du réservoir (oscillateurs) est contrôlée par une inductance variable - et les deux interagissent entre eux d'autres d'une manière complexe qui améliore la linéarité musicale.

(b) L'autre topologie courante (inférieure) est celle où le condensateur du réservoir est directement en parallèle avec la capacité de l'antenne, et la fréquence de l'oscillateur est une fonction LC simple et extrêmement non linéaire.

Des exemples de topologie (a) sont tous les theremins conçus par Lev Termen, tous les theremins conçus par Bob Moog. Des exemples de type (b) incluent les theremins de puce Jaycar / Silicon et la plupart des déchets simples que l'on trouve sur le WWW.

Il existe également d'autres topologies moins courantes ...

BTW, le "schéma" en haut de cette page est le pire type de topologie de type "b" possible

Bien que je pense que la première explication est la "simple", je pense que la deuxième explication a beaucoup de sens. Comme @Kortuk l'a déclaré dans son commentaire, vous opérez dans la région "champ proche" de l'antenne. C'est la région qui ne se comporte pas tout à fait comme ce à quoi vous vous attendriez si vous basiez vos calculs sur les diagrammes de rayonnement d'antenne de champ lointain standard.

Dans le champ proche, vous avez un champ proche réactif et un champ proche résistif. Le champ proche réactif est l'endroit où les champs E et H sont constamment construits et effondrés, sans que l'énergie ne quitte l'antenne, il est simplement alterné entre les deux types de champs différents. En plaçant votre main près de l'antenne, vous volez effectivement une partie de la puissance qui se trouve dans ces champs.

Je pense qu'une bonne comparaison serait une paire d'inductances avec une certaine inductance mutuelle. L'inductance mutuelle du deuxième inducteur fait varier l'inductance mesurée sur le premier. La même chose se produit avec l'antenne. En plaçant votre main près de l'antenne, vous retirez une partie de la puissance des champs E et H qui alternent dans la région, et modifiez ainsi la quantité d'inductance / capacité que le circuit du réservoir LC voit, et désaccordez le oscillateur.