Esta serie de artículos van especialmente dirigidos a los entendidos en electrónica que demandaban contenido técnico sobre la construcción del Theremin, y serán editados en exclusiva en THEREMIN HISPANO.
Dicha serie contiene un total de seis puntos que valora el autor como LAS PRINCIPALES PRESTACIONES DE UN BUEN THEREMIN y que son: Estabilidad tonal, Campo de juego, Linealidad, Sensibilidad, Timbre y Control de volumen.
Este total será desglosado en cuatro artículos que aparecerán mensualmente, siendo el contenido del presente:"Estabilidad tonal y Campo de juego".
A pesar de que por defecto se refiere al principio de funcionamiento original de Lev Sergeivitch Termen (Heterodinaje), cabe destacar que existen otras filosofías técnicas.
LA ESTABILIDAD TONAL:
Entendida como tal la cualidad de mantener la afinación “estática”, durante el transcurso de la utilización musical, vemos que históricamente y ya desde el “alumbramiento”, ha sido uno de los puntos débiles.
Diez “secretos” para la estabilidad tonal.
Partiendo de la configuración clásica Heterodina y dejando de momento aparte otras técnicas, enumero algunos “trucos”, que seguro mejoran la estabilidad de un diseño. Evidentemente son bastantes mas las soluciones aplicables, pero la extensión que tomaría el artículo, nos lo hace prohibitivo.
1º- No utilizar válvulas, si no se toman una serie de precauciones relativamente complicadas. Las especiales y positivas características de las válvulas, se tornan a la contra si no jugamos especialmente bien con ellas (Yo las conozco y las prefiero pero…).
2º- La autentica alternativa:
Los transistores de efecto de campo (MOS FET).
Su natural insensibilidad a los cambios térmicos, junto con su baja disipación (nulo calentamiento) y la ausencia de uniones (NP) o (PN), (históricamente sensibles), los hace idóneos como transistores a emplear en los osciladores de RF.
3º- En caso de utilizar transistores bipolares en los osciladores, optar siempre por configuraciones en “pareja” (par diferencial), ya que de esta forma las modificaciones de las características individuales de cada transistor, quedan compensadas por el hecho diferencial.
4º- Siempre que se pueda, se utilizarán Inductores (bobinas) con núcleo de aire devanadas, sobre un tubo o forma, de baja deformación, ejem: metraquilato o cerámica. En su caso y para minimizar la capacidad distribuida, utilizaremos los devanados de espiras separadas, en “nido de abeja” o de “lado o fondo de cesta”.
5º- El hilo esmaltado del devanado será fijado con resina, consiguiendo un conjunto mecánicamente estable y exento de vibraciones.
6º- Rehuir de los núcleos “feéricos”, (Ferritas), pues sufren importantes cambios de permeabilidad con la temperatura, con el consiguiente patinaje en la frecuencia. La mayoría de circuitos (incluso los comerciales), utilizan esos núcleos por comodidad de ajuste y economía, pero…
7º- Huir de los condensadores variables mecánicos (a pesar de que son muy estéticos).
La alternativa: los diodos de capacidad variable (Varicap).
Son eléctricamente menos lineales, pero, su comportamiento “versus temperatura”, es muy superior, así, como su gran estabilidad mecánica.
Otra de sus grandes características de aplicación (en nuestro caso), es que al tratarse de diodos de capacidad variable (controlados por voltaje), se comandan desde puntos fríos del circuito, no interfiriendo para nada (por proximidad al realizar el ajuste), en el funcionamiento de los circuitos” tanque” LC, que fijan la frecuencia en los osciladores, pudiéndose controlar con potenciómetros de panel, (sin problemas de longitud en los cables), o mediante variaciones de tensión de corrección procedentes de circuitos complejos.
8º- Los condensadores que estén relacionados directamente con las constantes de frecuencia de los osciladores deberán ser “sin” coeficiente de temperatura (NP0), o condensadores de mica plateada, siendo mas usuales los primeros.
9º- Para una capacidad dada, utilizar varios condensadores de bajo valor en paralelo, (el conjunto es menos sensible a los cambios de temperatura) y por supuesto que sean del tipo NP0. Son especialmente idóneos los componentes de superficie, a pesar, de su dificultad en ser soldados.
10º- Las tensiones de alimentación. Ejem: (+15v, -15v) deberán de ser lo más bajas posibles, para minificar la disipación de potencia y en consecuencia, el calor generado y estabilizarse mas allá, de los cientos de (mV) que nos confieren los tradicionales estabilizadores 78xx o 79xx. Se utilizaran estabilizadores de precisión conjuntamente con referencias “Zener” estabilizadas térmicamente.
CAMPO DE JUEGO (Rango de octavas).
Esta prestación, entendida como el espacio comprendido entre la antena y el punto a partir del cual se inicia un cambio apreciable en la frecuencia del oscilador variable, está directamente determinada por la configuración utilizada en la etapa de antena, por la frecuencia de trabajo utilizado, por el tamaño de la propia antena y la eficacia de la toma de tierra del equipo.
Describimos a continuación, las dos configuraciones circuitales de acoplo de antena más utilizados, junto con las ventajas e/o inconvenientes que ambos presentan.
A) SISTEMA DE CONEXIÓN DIRECTA ENTRE LA ANTENA Y EL CIRCUITO (LC) del oscilador variable, Figura 1.
Esta configuración es posterior a la usada por Lev en su circuito original y en los posteriores modelos diseñados para (RCA) o para (Clara Rockmore) y se acostumbra a utilizar en circuitos en donde la simplicidad y el precio son los factores fundamentales.
Por supuesto que es el método menos profesional y es propio de instrumentos “modestos”, Kits comerciales, generadores de efectos y circuitería para el uso doméstico. Tiene como principales inconvenientes, el corto campo de juego y su mala linealidad.
A pesar de ello, ciertas marcas han conseguido con este sistema, un margen de juego relativamente amplio, dado que el “truco” que utilizan en sus circuitos para aumentar el campo, es el de aumentar la frecuencia de funcionamiento sobre (800Kh/1Mz.)
ALGO DE TEORIA.
En el sistema Heterodino se mezclan dos radiofrecuencias, para así obtener el valor suma y resta entre ellas. En el Theremin, las dos radiofrecuencias están realmente próximas, de manera que la resta o diferencia (salida del mezclador), se corresponde con una señal audible de BF, que será precisamente la frecuencia que percibamos como tono musical.
Dado que la frecuencia de oscilación de un circuito (LC), viene dada por la formula: ( F= 1/ 6,2832. raíz de LC.), cualquier cambio en el valor de la inductancia o de la capacidad hará que la frecuencia varíe según se deduce de la misma.
En nuestro caso el parámetro fundamental que variamos (aumentándolo al aproximar la mano a la antena), es la capacidad, siendo ésta, del orden de pocos (Pf.).
Como podemos deducir de la propia ecuación que rige la frecuencia del oscilador variable (LC) y si hiciéramos ligeros cálculos, veríamos que el cambio en frecuencia generado por la capacidad de la mano en este primer sistema, (Conexión directa de la antena con el circuito resonante), produce unos cambios realmente modestos en la frecuencia de oscilación, lo que a su vez, se traduce, en otros tantos cambios también ”modestos” en el tono de audio de la salida del mezclador, siendo este, uno de los principales inconvenientes de esta configuración.
B) SISTEMA “LEV”, O CON RESONADOR INDUCTIVO ENTRE LA ANTENA Y EL CIRCUITO (LC) DEL OSCILADOR VARIABLE.
Como podemos ver en ésta figura ha sido intercalada una inductancia, entre la antena y el circuito resonante (LC) del oscilador variable.
Este es el método original que siempre utilizó Lev en todos sus modelos y que se ha venido utilizando en equipos que son considerados profesionales o semiprofesionales pero que en todo caso, ya tienen que tener un comportamiento más estricto.
Cabe destacar que todos los circuitos (que al menos yo conozco), del Dr. Moog, (incluso los mas tempranos), utilizan este sistema.
La Inductancia también llamada resonador de antena o “gran bobina”, debe su nombre a los modelos originales y a sus replicas, en las cuales se hace muy ostensible el gran tubo que junto con el devanado forman la Inductancia. Este gran tamaño, es fruto de la necesidad de obtener una importante inductancia (20 /50mH) utilizando núcleo de aire para reducir los cambios de inductancia por efectos térmicos y para disminuir al máximo, la capacidad distribuida (capacidad entre espiras). En la Figura 4 podemos ver una Gran bobina de una réplica de un Theremin RCA
COMO AFECTA LA INDUCTANCIA.
Cuando ajustamos el oscilador variable, con el resonador de antena conectado y con la mano fuera del campo de juego, en realidad hacemos un ajuste que no se corresponde con la frecuencia “natural” del oscilador (como podríamos suponer), esto se debe a que el estrecho acoplo entre este y el resonador, hace que la baja impedancia de este último (en resonancia próxima), afecte directamente a la frecuencia del primero.
El resonador de antena a su vez, tiene su propia frecuencia de resonancia (serie), dependiendo esta, de la “gran” Inductancia (L), que presenta su “Gran bobina”, combinada con su baja capacidad distribuida (ausencia de condensadores físicos).
La baja capacidad que presenta el circuito, hace que èste, sea eminentemente inductivo, por lo que cualquier pequeño incremento en la capacidad, hace que se produzca una variación muy importante “efecto multiplicador” en su frecuencia de resonancia.
Al introducir la mano dentro del campo de juego, generamos un aumento de capacidad que aunque ínfimo es “multiplicado” por el cambio de impedancia del resonador de antena, que al variar su carga sobre el oscilador lo “arrastra”, afectando de una forma mucho mas rotunda a su frecuencia, pudiéndose obtener de esta manera, unas excursiones porcentuales mucho mayores que con la actuación directa sobre la capacidad (C) del circuito “tanque” del oscilador variable, caso (A) y por lo tanto, de esa manera, ampliamos de una forma importante el campo de juego.
CONCLUSIONES
Dado que la estabilidad en frecuencia de un Theremin, es primordial para su óptimo juego, creo que la aplicación de las técnicas enunciadas como: “diez secretos para la estabilidad tonal”, es fundamental. De esta manera evitaremos las engorrosas esperas para que el instrumento quede inicialmente temperado y también, la molesta necesidad de estar ajustando el “Pitch” de manera reiterada en el transcurso de las actuaciones.
Sobre el sistema a utilizar en el acoplamiento entre la antena y el oscilador, no hay dudas, ya que la diferencia muy favorable, resulta evidente al utilizar el sistema con resonador inductivo.
Características tan importantes en un instrumento “serio” como: Campo de juego y linealidad, quedan prácticamente optimizadas con su utilización.
Otra cuestión es el mayor coste que implica la inclusión de grandes bobinas devanadas a mano, por lo que modelos comerciales como el Etherwave y otros, apuestan por la utilización de pequeños inductores industriales dispuestos en serie, solución de compromiso entre la total calidad y el precio.
FIN DEL PRIMER ARTÍCULO.
Próximo artículo de Octubre: "Linealidad y sensibilidad".
Artículo escrito para Theremin Hispano por Jordi Balius (Pragma), Ingeniero Industrial, músico y componente de uno de los muchos grupos de entusiastas pioneros que en los años setenta se dedicaron al diseño temprano de circuitería analógica específica para la música electrónica en España.
Actualmente dedicado al diseño y construcción de todo tipo de equipos e instrumentos musicales analógicos de la gama “HI-END”.
