Theremin“ เสาอากาศ” ทำงานอย่างไร

ฉันคิดเสมอว่ารูปร่างของเสาอากาศนั้นมีความสำคัญ โมโนโพลแนวตั้งสำหรับพิตช์และลูปแนวนอนสำหรับปริมาตรโดยคิดว่าสิ่งนี้จะลดการแทรกสอดของกันและกัน แต่ดูเหมือนว่าพวกเขาทำงานได้จริงในช่วง 200-500 kHz ที่ความถี่เหล่านี้เสาอากาศที่ดีจะมีความยาวหลายร้อยเมตรและการใช้ความถี่ที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละเสาอากาศก็เพียงพอที่จะป้องกันการรบกวน

ในทางกลับกันMoog Etherwave schematicมีขดลวดจำนวนมากในซีรีส์ที่มีเสาอากาศซึ่งอาจเป็นไฟฟ้าที่มีความยาวมากขึ้น ?

คำอธิบายส่วนใหญ่ที่ฉันได้อ่านอธิบายว่ามันเป็นเพียงความสามารถของมนุษย์ที่บดบังออสซิลเลเตอร์ดังนั้นโลหะทุกรูปแบบจะทำเนื่องจากมันทำหน้าที่เป็นแผ่นเก็บประจุ

หน้านี้อธิบายบางสิ่งที่แตกต่างออกไปซึ่งฉันไม่เข้าใจ:

ส่วนเกิน RF ขนาด 4 นิ้ว (10 ซม.) heterodyne theremin pitch เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของ "ความต้านทานต่อรังสี" นี่คือพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า RF ทั้งหมดที่แผ่ออกมาจากเสาอากาศระดับเสียงหารด้วยกำลังสองของกระแสสุทธิที่ไหลเข้าสู่เสาอากาศระดับเสียง สนามพิทช์เป็นดุลยภาพทางไฟฟ้า / แม่เหล็กแบบคู่ไม่เพียง แต่เป็นสนาม capacitive ที่มีสถานะปกติ

มีคำอธิบายเพิ่มเติมที่นี่

ถูกต้องหรือไม่ เกิดอะไรขึ้นกับคำอธิบายความจุ

มากกว่า:

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

การปรับความไวของเสียงเชิงเส้น - ฉันพบว่าอ็อกเทฟด้านบนนั้นถูกบีบอัดมากและโน้ตที่สูงที่สุดที่ฉันต้องการจะเล่นนั้นอยู่ใกล้กับเสาอากาศจนไม่สามารถใช้ vibrato ที่แม่นยำได้ วิธีการตอบสนองเชิงเส้นคือการวางตัวเหนี่ยวนำแบบอนุกรมกับเสาอากาศ

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

เอฟเฟกต์นี้ถูกชดเชยบางส่วนโดยธรรมชาติของวงจรปรับ LC ซึ่งความถี่ขึ้นอยู่กับสแควร์รูทของประจุ นี่คือเหตุผลหลักที่ฉันเชื่อว่าเพราะเหตุใดออสซิลเลเตอร์ที่ยึดขั้วเดี่ยว (มีเพียงหนึ่งองค์ประกอบที่ทำปฏิกิริยาเช่นความจุ) ไม่เคยมีไว้สำหรับการใช้งานแบบแดมิน ฉันและคนอื่น ๆ อีกหลายคนได้ทดลองใช้ RC oscillators เพื่อกำจัดขดลวดที่น่ารำคาญเหล่านั้น แม้กระทั่งตัวจับเวลา NE555 ธรรมดาก็สามารถใช้เพื่อจุดประสงค์นี้ได้ อย่างไรก็ตามในวงจรดังกล่าวความถี่สั่นจะแปรผกผันกับความจุมากกว่าสแควร์รูทของความจุและผล "สแควร์กฎหมาย" นั้นแย่กว่ามาก อีกวิธีในการดูนี่คือความไว (dF / dC) ของวงจร RC เป็นสัดส่วน 1 / C2 แทน 1 / C1.5 ในกรณีของวงจร LC

ความจริงที่ว่า theremins ใช้เครื่องผสม heterodyne ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับ RF 'เสาอากาศ' ไม่ใช่เสาอากาศในแบบ RF ที่คลาสสิก คำอธิบายความจุถูกต้อง

ตัวเก็บประจุและแดมิน 'เสาอากาศ'

ชนิดที่ง่ายที่สุดของตัวเก็บประจุเป็นตัวเก็บประจุแบบขนานแผ่น นั่นหมายถึงตัวเก็บประจุประกอบด้วยแผ่นโลหะสองแผ่นคั่นด้วยวัสดุบางอย่างที่เรียกว่าอิเล็กทริก สมการของความจุของตัวเก็บประจุดังกล่าวคือ C = εA / d ที่εเป็นpermittivityของอิเล็กทริก (ε≈8.8541878176 .. × 10 ^ -12 F / m สำหรับอากาศ)

เมื่อคุณใช้งานแดมินมือของคุณจะเป็นหนึ่งจาน (มือของคุณได้รับการต่อสายดินอย่างมีประสิทธิภาพ) เสาอากาศเป็นอีกด้านหนึ่งและอากาศระหว่างสองคืออิเล็กทริก เมื่อคุณขยับมือคุณจะเปลี่ยนความจุระหว่างพื้นดินกับเสาอากาศ มือทั้งสองข้างจะกระทบเสาอากาศทั้งสองขณะที่มันทำหน้าที่เหมือนแผ่นสองแผ่นขนานกันเพิ่มพื้นที่ทั้งหมด

เสาอากาศทั้งสองอยู่ที่มุมฉากเพราะจะช่วยลดผลกระทบที่มือซ้ายของคุณจะมีต่อเสาอากาศด้านขวาและในทางกลับกัน ตัวอย่างเช่นเมื่อคุณเลื่อนมือของคุณขึ้นและลงเหนือเสาอากาศระดับเสียงมันจะรักษาระยะห่างที่ค่อนข้างคงที่จากเสาอากาศระดับเสียงดังนั้นการมีส่วนร่วมกับความจุโดยรวมจะคงที่ (และเล็ก)

ทฤษฎีการปฏิบัติงาน

หมายเหตุ / ปรับปรุง:โปรดอ้างอิงคำตอบของ FredMสำหรับคำอธิบายโดยละเอียดของ oscillator

ตัวเก็บประจุเสาอากาศทั้งสองเป็นส่วนหนึ่งของออสซิลเลเตอร์ LC แอคทีฟ ที่ซับซ้อนและต่างกันสองตัว 'L' หมายถึงตัวเหนี่ยวนำซึ่งเก็บพลังงานไว้ในสนามแม่เหล็ก 'C' หมายถึงตัวเก็บประจุซึ่งเก็บพลังงานในสนามไฟฟ้า ใน LC oscillator พลังงานจะไหลไปมาระหว่างสองอย่างต่อเนื่องเปลี่ยนจากศักย์ไฟฟ้าเป็นศักย์แม่เหล็ก

ความถี่ของออสซิลเลเตอร์พิทช์อยู่นอกเหนือความถี่เสียงดังนั้นจึงไม่สามารถใช้งานได้โดยตรง แดมินมีออสซิลเลเตอร์ที่สามที่ทำงานด้วยความถี่คงที่ เครื่องพิทช์ออสซิลเลเตอร์และเอาต์พุตออสซิลเลเตอร์คงที่จะถูกป้อนเข้าเครื่องผสมheterodyneทำให้ได้เอาต์พุตที่มีผลรวมและความถี่ที่แตกต่างกันของอินพุตทั้งสอง ความถี่ผลรวมยิ่งสูงกว่าสัญญาณดั้งเดิมดังนั้นจึงไม่มีประโยชน์และถูกกรองออก สัญญาณที่ได้คือความถี่เดียว (บวกฮาร์โมนิกส์ ) ในช่วงเสียง

ความถี่ของออสซิลเลเตอร์ระดับเสียงนั้นใช้เพื่อควบคุมว่าจะขยายสัญญาณเสียงมากแค่ไหน ในขณะที่คุณขยับมือความถี่จะเปลี่ยนแปลงดังนั้นแอมพลิฟายเออร์จะเปลี่ยนไปดังนั้นจึงเปลี่ยนระดับเสียงเอาท์พุต

มีความสับสนอยู่บ้างเนื่องจากมีโทโพโลยีร่วมกันสองตัว แต่ในทั้งสองกรณีกลไกตรวจจับระยะไกลนั้นมีความสามารถในการรับรู้อย่างหมดจด (ไฟฟ้า / ไฟฟ้าสถิตไม่ใช่แม่เหล็กหรือแม่เหล็กไฟฟ้าในระดับที่สำคัญใด ๆ )

โทโพโลยีหลักสองประการคือ (a) ตัว LC ถังออสซิลเลเตอร์ที่มีซีรีส์ L เชื่อมต่อกับเสาอากาศเพื่อสร้างวงจรเรโซแนนซ์อนุกรม เสาอากาศ L มีขนาดใหญ่กว่าถัง L และถัง C มีขนาดใหญ่กว่าเสาอากาศ C การเปลี่ยนแปลงของเสาอากาศ C คือ "แปลง" ผ่านการสั่นพ้อง LC ในลักษณะที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ (เนื่องจากการปรับจูนตามลำดับ ความถี่การทำงานของเสาอากาศและรถถัง) เป็นตัวเหนี่ยวนำตัวแปร "เสมือน" ที่เห็นทั่วทั้งตัวเหนี่ยวนำของถัง - ดังนั้นในขณะที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนกำลังตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงความจุความถี่ของถัง (ออสซิลเลเตอร์) จะถูกควบคุม อื่น ๆ ในวิธีที่ซับซ้อนที่ช่วยเพิ่มความเป็นเส้นตรงดนตรี

(b) โทโพโลยีทั่วไปอื่น ๆ (ด้อยกว่า) คือที่ตัวเก็บประจุของถังอยู่ในแนวขนานโดยตรงกับความจุของเสาอากาศและความถี่ oscillator เป็นฟังก์ชั่น LC ที่เรียบง่ายและไม่เชิงเส้นมาก

ตัวอย่างของโทโพโลยี (a) ทั้งหมดถูกออกแบบโดย Lev Termen ทุกคนที่ออกแบบโดย Bob Moog ตัวอย่างประเภท (b) ประกอบด้วยผู้ดูแลชิปของ Jaycar / Silicon และขยะที่พบได้ง่ายส่วนใหญ่ใน WWW

ยังมีโทโพโลยีที่พบได้น้อยเช่นกัน ...

BTW "แผนผัง" ที่ด้านบนสุดของหน้านี้เป็นโทโพโลยีชนิด "b" ที่แย่ที่สุดที่เป็นไปได้

ในขณะที่ฉันเชื่อว่าคำอธิบายแรกคือคำว่า "เรียบง่าย" ฉันคิดว่าคำอธิบายที่สองนั้นสมเหตุสมผลมาก ตามที่ @Kortuk ระบุไว้ในความคิดเห็นของเขาคุณกำลังทำงานในภูมิภาค "near-field" ของเสาอากาศ นี่คือภูมิภาคที่ไม่ทำงานเหมือนอย่างที่คุณคาดหวังหากคุณกำลังคำนวณการคำนวณตามรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศระยะไกลมาตรฐาน

ในสนามใกล้คุณมีปฏิกิริยาใกล้สนามและต้านทานใกล้สนาม ปฏิกิริยาใกล้สนามคือที่ที่ฟิลด์ E และ H ถูกสร้างและยุบอย่างต่อเนื่องโดยไม่มีพลังงานเหลือจากเสาอากาศ ด้วยการวางมือใกล้เสาอากาศคุณกำลังขโมยพลังงานที่อยู่ในสาขาเหล่านี้อย่างมีประสิทธิภาพ

ฉันคิดว่าการเปรียบเทียบที่ดีจะเป็นตัวเหนี่ยวนำคู่ที่มีการเหนี่ยวนำร่วมกัน การเหนี่ยวนำร่วมกันของตัวเหนี่ยวนำที่สองทำให้การเหนี่ยวนำการเปลี่ยนแปลงที่วัดในครั้งแรก เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นกับเสาอากาศ ด้วยการวางมือของคุณไว้ใกล้กับเสาอากาศคุณกำลังดึงพลังงานบางส่วนออกจากเขต E และ H ที่มีการสลับในภูมิภาคและทำให้การเปลี่ยนแปลงจำนวนของการเหนี่ยวนำ / ความจุที่วงจร LC ถังเห็นและ detuning ออสซิล