Esta serie de artículos van especialmente dirigidos a los entendidos en electrónica que demandaban contenido técnico sobre la construcción del Theremin, y han sido 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 ha sido desglosado en cuatro artículos, siendo este el último dedicado a: "EL CONTROL DE VOLUMEN".
CONTROL DE VOLUMEN
El control de volumen es el que nos permite dar expresión dinámica al sonido, pudiendo con él pasar del silencio absoluto al máximo nivel de la señal de salida. También con él, cuando es necesario, podemos evitar el glissando continuo propio de la naturaleza de este instrumento, e incluso cuando nos interese y con la técnica adecuada, llevar a cabo el staccato.
La relación silencio - máximo volumen (db), es bastante variable según el instrumento, así como la rapidez de respuesta a los movimientos de nuestra mano izquierda (en diestros). También existen discrepancias sobre si la razón volumen/distancia debe de ser lineal o logarítmica.
La mejor o peor manera en que reacciona cada instrumento depende (por lógica) del diseño y la configuración utilizada en el circuito de control.
Existen varios métodos de funcionamiento, de los cuales enumeramos unos cuantos, (los más clásicos).
EL PRINCIPIO TERMOIÓNICO
Para entender bien el principio de funcionamiento del control de volumen en el diseño original de Lev, abriremos un paréntesis haciendo un breve recordatorio del principio termoiónico por el que funcionan todas las válvulas electrónicas.
Edison fue el primero que descubrió que si a una de sus “bombillas” (destinadas a la iluminación) le añadía una placa metálica dentro de la ampolla y cercana al filamento, y le aplicaba el potencial positivo de una batería, al intercalar un miliamperímetro, detectaba la circulación de una corriente eléctrica a través del vacío (Efecto termoiónico). No encontrándole una aplicación práctica a su descubrimiento, quedo ahí a la espera.
Fue Lee de Forest en 1906 el que recuperó el llamado “efecto Edison”, pues intercaló entre el filamento y la placa de la “bombilla” una rejilla metálica fina y descubrió que variando el pequeño potencial negativo aplicado a esta, la corriente de la placa variaba porcentualmente mucho más. Por lo tanto, había descubierto el primer elemento con efecto amplificador de la historia de la electrónica, el Tríodo.
El efecto se basa en que cualquier cuerpo conductor (filamento), calentado hasta el rojo vivo, desprende los electrones necesarios para generar una corriente electrica a través del vacío. Cuando aplicamos un potencial positivo a una placa cercana y polarizando a la vez, mediante una pequeña tensión negativa a la rejilla, ésta repele a los electrones haciendo que la corriente en la placa disminuya. Igualmente importante: si disminuimos la temperatura del filamento también desciende la corriente a través del circuito.
EL DISEÑO LEV
En este circuito, el volumen se regula variando la temperatura del filamento de un tubo triodo conectado como un diodo (reja conectada al filamento), mediante la mayor o menor aportación de potencia rediofrecuente, generada por el oscilador de volumen, y modulada por el circuito de antena.
La corriente del triodo/diodo es la que alimenta al circuito de placa del primer preamplificador de baja frecuencia (amplificador del tono), por lo que las variaciones en dicha corriente determinan la amplificación del previo y, por lo tanto, el volumen de salida.
DETALLES DEL DISEÑO LEV
Entrando en detalle, la antena para el control de volumen (Bucle) es conectada al oscilador de RF a través de una gran inductancia (de forma muy parecida a la utilizada para el control del tono), de manera que la capacidad introducida por la mano, desintoniza el circuito (LC) serie, elevando su impedancia y reduciendo su corriente.
Dado que el circuito se completa con la presencia de otro devanado secundario acoplado y conectado directamente al filamento del tubo, al bajar la corriente de RF en el circuito, también baja la potencia transferida al filamento, con la consiguiente limitación en la corriente de conducción del “diodo”. Ello supone una modulación en la corriente de placa del preamplificador a través del primario de su transformador ínter-etapa de BF. De esta manera, se reduce la ganancia del preamplificador (tríodo inferior, figura 4.1), y se obtiene un menor nivel en el volumen de salida.
Por supuesto que la válvula conectada en disposición diodo es del tipo de calefacción directa (sin cátodo) para que la respuesta del filamento a las variaciones de temperatura sean lo más rápidas posibles, reduciendo así la inercia térmica típica de un tubo de calefacción indirecta (con cátodo).
Actualmente e incluso en los circuitos valvulares, salvo casos excepcionales (réplicas), ya no se utiliza este sistema por la lentitud de respuesta que conlleva.
Figura 8.
CIRCUITOS ACTUALES
El desarrollo de circuitos integrados amplificadores cuya ganancia podía ser variada a partir de una corriente o tensión de control ha posibilitado las actuales configuraciones en su mayoría utilizando circuitos integrados de transconductancia variable (OTA).
Ejemplo práctico de lo dicho lo tenemos en los CA 3080. Mítico y posiblemente el primer (OTA) conocido de forma comercial e integrada, hasta los LM 13600 y LM 13700, este último aún en fabricación, vigente y de bajo coste.
Existen mas tipos de integrados que presentan unas características superiores a los mencionados y que actualmente ya no se fabrican. Una muestra es el SSM 2018, muy utilizado en los sintetizadores analógicos de los ochenta y en mesas de mezcla de estudio.
CIRCUITOS CONCRETOS
Uno de los ejemplos de la utilización de un VCA con (OTA), es el circuito utilizado por el ETHERWAVE ® de Moog Music™, cuyo principio de funcionamiento es el siguiente:
Una cadena de Inductancias recibe la señal de RF del oscilador de volumen, que en este caso es de frecuencia manualmente ajustable. Esta energía radiofrecuente, crea una corriente a través de la cadena de inductores que es máxima, cuando la mano esta fuera, ya que la resonancia serie del circuito (Inductancia+ capacidad distribuida+capacidad de antena) es coincidente con la frecuencia propia del oscilador de volumen, debidamente ajustada.
Un diodo en “sunt” con una de las inductancias de la cadena rectifica y, junto a un condensador de filtro, convierte la corriente en una tensión continua proporcional que, convertida en corriente, es a su vez la que regula a través de un VCA el volumen de salida.
Cualquier incremento de capacidad en el circuito, hace que se desplace la frecuencia de resonancia del circuito inductor de antena, con respecto a la del oscilador de volumen, bajando la intensidad de la corriente que recorre el circuito y a su vez también bajando la tensión continua rectificada por el diodo.
Si tal y como hemos dicho el VCA responde a esos cambios de tensión, ya tenemos el control de volumen en marcha.
Otros circuitos utilizan un circuito exactamente igual que el de tono, (a excepción de la frecuencia de funcionamiento que acostumbra a estar sobre los 400Khz, para no interferir al circuito de tono), con sus dos osciladores (AyB) y su demodulador, añadiendo al circuito, un convertidor frecuencia/tensión, que ataca a un VCA para conseguir las variaciones de volumen necesarias.
Otra variante consiste en la utilización de un único oscilador, cuyas variaciones de frecuencia, se hacen pasar a través de un filtro resonante (LC) (habitualmente paralelo), que estando en derivación a masa, presenta su máxima impedancia a la frecuencia de resonancia y siendo esta aproximadamente coincidente con la del oscilador y por supuesto con la mano fuera del “campo”, el nivel de señal del oscilador no se ve afectado a la salida del filtro.
Tan pronto como acercamos la mano a la antena, varía la frecuencia del oscilador, y la impedancia que presenta el filtro (para esta nueva frecuencia) baja, haciendo consecuentemente que el nivel de salida del circuito también baje.
Si pensamos que la impedancia del filtro variará dentro de unos limites, de una forma “lineal”, obtendremos a la salida del mismo unas variaciones equivalentes de RF que una vez rectificada y filtrada será la componente continua que gobernará al VCA.
La utilización para este circuito de un filtro cerámico de frecuencia fija simplifica el proceso al tener, de por sí, una frecuencia característica inamovible. Lamentablemente, cada vez son más escasos estos filtros en el mercado de componentes electrónicos.
Una variante de este circuito consiste en mantener la frecuencia del oscilador fija pero variar la frecuencia de resonancia del filtro, conectando la antena (bucle), directamente sobre la parte caliente del filtro, en lugar de hacerlo sobre el oscilador. Por supuesto, este sistema no sirve en el caso de utilizar un filtro cerámico de frecuencia fija, ya que su elevado (Q) prácticamente no nos permitiría variar su frecuencia de resonancia intrínseca.
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CONTROL POR INFRARROJOS
Quisiera referirme a un sistema que ha sido ya utilizado con un espectacular éxito y del que yo soy un acérrimo defensor. Me refiero a un control de proximidad por infrarrojos, ya que aparte del único inconveniente producido por la interferencia de la iluminación ambiental (cosa que con un buen diseño es totalmente subsanable), presenta una mayor precisión, estabilidad, y linealidad que el sistema convencional de (RF).
Desgraciadamente los intentos de utilizar este sistema tanto en los circuitos de volumen como en los del PITCH, no han tenido la repercusión que en principio debieran, quizás por una resistencia subjetiva de los Thereministas que siempre han preferido el sistema convencional de (RF), muy a pesar de los inconvenientes, complicaciones técnicas y de continuo ajuste que conlleva.
CONCLUSIONES SOBRE EL CONTROL DE VOLUMEN
Podemos concluir diciendo que la mayoría de los circuitos utilizados para el control de volumen, utilizan circuitos similares a los del PITCH o variantes del mismo.
La capacidad de la mano sobre el bucle de antena, el efecto multiplicador de una inductancia asociada a la misma y en algunos casos el uso del propio sistema heterodino, es en esencia lo que viene utilizándose en los circuitos actuales, quizás porque el modelo original de LEV ha pesado en los diseños, avanzándose muy poco en los mismos y modificándose casi exclusivamente la utilización que se hacía del tubo termoiónico en su configuración original.
CONCLUSIONES GLOBALES DE LOS CUATRO ARTÍCULOS
En los cuatro artículos que han conformado el cuerpo del trabajo se ha tratado sobre maneras de conseguir mayor estabilidad de frecuencia en los osciladores, sobre conceptos como: Campo de juego, sensibilidad y linealidad, intentando en cada caso, aportar unas veces solamente conceptos y en otras, soluciones más concretas.
Se han marcando diferencias entre soluciones técnicas alternativas, también se ha tratado el Timbre con las formas mas comunes y las específicas de conseguirlo, y en este último artículo, las formas circuitales más utilizadas para el control del volumen en el Theremin y, por encima de todo, se ha querido enfatizar el hecho muchas veces olvidado de que nos hallamos ante un maravilloso y completo instrumento musical a la altura de los que puedan estar otros más consolidados.
REFLEXIONES
Todo lo aquí dicho se basa en una base teórica, pero a la vez en una serie de fundamentos de experiencia propia importantes. Puede que haya partes más interesantes y otras menos, pero si lo aquí expuesto sirve simplemente para reflexionar antes de tomar la decisión sobre la utilización de un determinado circuito, me daré por satisfecho.
Quiero decir a los más “puristas”, que (por lo menos en mi experiencia), la apuesta por un Theremin tipo Lev en la versión especial para Clara Rockmore es muy dificultoso en su construcción, ajustes y puesta a punto, pero el resultado merece la pena. Y a quienes buscan más allá del sonido tradicional, que no cejen en esa búsqueda, ya que la actual tecnología nos lo permite.
Creo que el Theremin en breve adoptará técnicas circuitales de última generación que le conferirán una total precisión como instrumento, de la misma manera, que un piano electrónico moderno disfruta de una estabilidad en su afinación prácticamente perfecta.
La progresiva introducción de técnicas y circuitería actualizada nos permitirá disponer de Theremines de Pitch fijo y solamente con controles para la modificación de parámetros tales como tesitura, volumen y, por supuesto, registros de timbre, así como las necesarias salidas de control y uso.
En cuanto a su estética, podrá adoptar la que mejor nos convenga o interese, ya que al estar superada la antigua necesidad de espacio y por lo tanto grandes gabinetes, nos permitirá dar rienda suelta a la imaginación y al gusto de los diseñadores. Claro está, respetando su funcionalidad interpretativa.
En cuanto a las antenas, puede que ocurra otro tanto, ya que la posibilidad de su substitución por pequeños sensores, también nos permitirá (si se considera necesario) el crear una estética totalmente nueva.
Puedo decir que somos muchos los que a nivel técnico estamos en ello y yo, que también llevo más de veinte años en la elaboración de circuitería para instrumentos de música electrónica, cada día aprendo algo interesante que me ensancha el alma.
FIN DEL CUARTO Y ÚLTIMO ARTÍCULO
