Un pò di teoria..

In questi giorni mi è stato chiesto come funziona il Theremin, quello strano strumento che si compone di due antenne collegate ad una scatola e che produce suoni assimilabili a "voci angeliche"..
Un famoso esempio di utilizzo di questo strumento è la sigla di Star Trek (prima serie).

Dunque.. come funziona un Theremin?

Il principio fisico su cui si basa il funzionamento delle strumento è il fatto che il corpo umano presenta una propria impedenza, quindi è in grado di comportarsi come un conduttore elettrico, interagendo con circuiti elettrici con i quali entra in contatto.
Più in particolare, per quanto riguarda il theremin nello specifico, se prendiamo un'antenna, cioè un conduttore collegato ad un circuito elettrico tramite un solo terminale e ci avviciniamo ad essa con la mano, creeremo un condensatore variabile, che presenta come prima armatura l'antenna stessa, come seconda la nostra mano (in realtà tutto il nostro corpo) e come dielettrico l'aria.
Elettricamente ciò è possibile in quanto sia il circuito elettrico a cui fa capo l'antenna, sia il nostro corpo sono collegati tramite la terra quindi, seppur le grandezze elettriche in gioco siano molto piccole, vi è comunque passaggio di cariche.
Variando la distanza tra la mano e l'antenna, varierà la capacità di questo "condensatore virtuale" che abbbiamo appena creato. Se tale condensatore è collegato ad un oscillatore, variando la capacità, varierà anche la frequenza di oscillazione di quest'ultimo.

Detto ciò, passiamo ad analizzare in che modo il Theremin produce il suono in uscita e come sia possibile far interagire questo suono con il musicista...
Lo strumento permette di gestire due proprietà della nota prodotta: la frequenza (pitch) e l'ampiezza (volume).
Per gestire il pitch il theremin sfrutta un principio noto come Battimento. Miscelando due segnali a due frequenze distinte, si otterranno altri due segnali, caratterizzati dall'avere il primo frequenza pari alla somma delle due frequenze sorgenti, ed il secondo frequenza pari alla differenza.
Ci interessa solo il secondo segnale prodotto, con un accorgimento: se generiamo un segnale ad una frequenza fissa e poi ne creiamo un secondo con frequenza variabile, che si discosti dalla prima tra i 20Hz e i 20 kHz, possiamo ottenere in uscita un segnale che cadrà nello spettro udibile dal nostro orecchio.
Detto questo.. come si fa a far interagire il secondo segnale con il musicista?
A tale scopo creiamo due oscillatori centrati sulla medesima frequenza. Miscelando i segnali prodotti da tali oscillatori otterremo un segnale a frequenza nulla in condizione di riposo.
Collegando al condensatore di sintonia del secondo oscillatore un'antenna, ne possiamo far variare la frequenza di oscillazione (come descritto precedentemente). Tarando opportunamente l'oscillatore, possiamo fare in modo che lo slittamento in frequenza rimanga nel range 20 Hz - 20 kHz, ottenendo dopo la miscelazione un segnale di bassa frequenza.

Passiamo ora alla gestione del volume...

Si tratta sempre di creare l'oscillatore collegato all'antenna che quindi genererà un segnale variabile in frequenza come per il pitch.
Cambia però l'uso che si fa di questo segnale.
In questo caso, si utilizza un circuito detto convertitore frequenza-tensione, che permette di creare una tensione proporzionale alla frequenza del segnale in ingresso.
Tale tensione servirà a modulare l'ampiezza del segnale ricavato dalla prima antenna tramite un circuito chiamato VCA (voltage controlled amplifier).
Sarà poi necessario tarare l'oscillatore in modo che quando la mano sia vicina all'antenna il volume in uscita risulti nullo, e che questo aumenti man mano che ci si allontani dall'antenna.

Tutto qui..
Personalmente ne sto realizzando una versione pratica.. seguirà un articolo in cui spiegherò come realizzarlo.

Alla prossima!