Come funziona un'antenna Theremin?

Ho sempre pensato che la forma delle antenne fosse importante; un monopolo verticale per il tono e un anello orizzontale per il volume, pensando che ciò abbia minimizzato la loro interferenza. Ma sembra che effettivamente operino di più nell'intervallo 200-500 kHz. A queste frequenze una buona antenna sarebbe lunga centinaia di metri e l'uso di frequenze diverse per ciascuna antenna è sufficiente per evitare interferenze.

D'altra parte, lo schema Moog Etherwave ha un gruppo di bobine in serie con le antenne, che potrebbero essere allungamenti elettrici ?

La maggior parte delle descrizioni che ho letto spiegano che è solo la capacità dell'essere umano di mettere a terra che detune gli oscillatori, quindi qualsiasi forma di metallo farà, dal momento che agisce solo come una piastra del condensatore.

Questa pagina descrive qualcosa di diverso, tuttavia, che non capisco:

Oltre l'eterodina RF da 4 pollici (10 cm) le variazioni di intonazione sono causate da cambiamenti nella "resistenza alle radiazioni". Questa è la potenza elettromagnetica RF totale irradiata dall'antenna pitch divisa per il quadrato della corrente netta che scorre nell'antenna pitch. Il campo di intonazione è un doppio equilibrio elettrico / magnetico, non solo un campo capacitivo come è comunemente detto.

Qualche altra spiegazione qui

È corretto? Cosa c'è di sbagliato nella spiegazione della capacità?

Di Più:

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

Linearizzare la sensibilità del pitch - ho scoperto che l'ottava superiore era molto compressa e che le note più alte che volevo suonare erano così vicine all'antenna che il vibrato accurato non era possibile. Un modo per linearizzare la risposta è mettere un induttore in serie con l'antenna.

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

Questo effetto è parzialmente compensato dalla natura del circuito sintonizzato LC, la cui frequenza dipende dalla radice quadrata inversa della capacità. Questo è il motivo principale, credo, per cui gli oscillatori basati su un singolo polo (un solo componente reattivo, cioè la capacità) non hanno mai preso piede per un uso di questo tipo. Io, e probabilmente molti altri, ho sperimentato oscillatori RC nel tentativo di liberarmi di quelle fastidiose bobine; anche il normale timer NE555 può essere utilizzato per questo scopo. Tuttavia, in tali circuiti la frequenza di oscillazione è inversamente proporzionale alla capacità, piuttosto che alla radice quadrata della capacità, e l'effetto "legge quadrata" è di conseguenza molto peggiore. Un altro modo di vedere questo è che la sensibilità (dF / dC) dei circuiti RC è proporzionale a 1 / C2 invece di 1 / C1.5 nel caso del circuito LC.

Il fatto che i amministratori utilizzino mixer eterodina non ha nulla a che fare con la RF. Le "antenne" non sono antenne nel classico senso RF. La spiegazione della capacità è corretta.

Condensatori e Theremin 'Antenne'

Il tipo più semplice di condensatore è un condensatore a piastre parallele . Ciò significa che il condensatore è costituito da due piastre metalliche separate da un materiale chiamato dielettrico. L'equazione per la capacità di un tale condensatore è C = εA / d, dove ε è la permittività del dielettrico (ε≈8,8541878176 .. × 10 ^ −12 F / m per l'aria).

Quando si utilizza un theremin, la mano è una piastra (la mano è effettivamente messa a terra), l'antenna è l'altra e l'aria tra i due è il dielettrico. Muovendo la mano, si varia la capacità tra terra e antenna. Entrambe le mani influenzeranno entrambe le antenne, poiché agiscono come due piastre in parallelo, aumentando l'area totale.

Le due antenne sono ad angolo retto perché ciò riduce l'impatto che la mano sinistra avrà sull'antenna destra e viceversa. Ad esempio, quando si sposta la mano su e giù sopra l'antenna del volume, mantiene una distanza relativamente costante dall'antenna del pitch, quindi il suo contributo alla capacità complessiva è costante (e piccolo).

Teoria dell'operazione

Nota / Aggiornamento: fare riferimento alla risposta di FredM per una descrizione più dettagliata dell'oscillatore.

Entrambi i condensatori di antenne fanno parte di due diversi, complessi oscillatori LC attivi . La "L" si riferisce agli induttori, che immagazzinano energia in un campo magnetico; la "C" si riferisce ai condensatori, che immagazzinano energia in un campo elettrico. In un oscillatore LC, l'energia scorre costantemente avanti e indietro tra i due, passando da potenziale elettrico a potenziale magnetico.

La frequenza dell'oscillatore del pitch è oltre le frequenze audio, quindi non può essere utilizzata direttamente. Il theremin ha un terzo oscillatore che funziona a una frequenza fissa. L'oscillatore di intonazione e le uscite dell'oscillatore fisso vengono immesse in un mixer eterodina , risultante in un'uscita che include le frequenze di somma e differenza dei due ingressi. La frequenza di somma è persino superiore al segnale originale, quindi è inutile e viene filtrata . Il segnale risultante è una singola frequenza (più le armoniche ) nella gamma audio.

La frequenza dell'oscillatore del volume viene utilizzata per controllare la quantità di amplificazione del segnale audio. Quando muovi la mano, la frequenza cambia, quindi cambia il guadagno dell'amplificatore e quindi il volume di uscita cambia.

C'è un po 'di confusione perché ci sono due topologie comuni con i theremin, tuttavia, in entrambi i casi il meccanismo di rilevamento della distanza è puramente capacitivo (elettrico / elettrostatico, non magnetico o elettromagnetico in misura significativa)

Le due topologie principali sono (a) un oscillatore per serbatoio LC con una serie L collegata all'antenna che forma un circuito risonante in serie. L'antenna L è molto più grande del serbatoio L, e il serbatoio C è molto più grande dell'antenna C. Le modifiche all'antenna C vengono "convertite" attraverso la risonanza LC in un modo che provoca questi cambiamenti (a causa delle rispettive accordature di le frequenze operative dell'antenna e del serbatoio) in un'induttanza variabile "virtuale" vista attraverso l'induttore del serbatoio - quindi mentre il risonatore dell'antenna sta rispondendo alla variazione di capacità, la frequenza del serbatoio (oscillatori) viene controllata da induttanza variabile - e i due interagiscono con ciascuno altro in modo complesso che migliora la linearità musicale.

(b) L'altra topologia (inferiore) comune è quella in cui il condensatore del serbatoio è direttamente in parallelo con la capacità dell'antenna e la frequenza dell'oscillatore è una semplice funzione LC ed estremamente non lineare.

Esempi di topologia (a) sono tutti i theremin progettati da Lev Termen, tutti i theremins progettati da Bob Moog. Esempi di tipo (b) includono i chip Jaycar / Silicon e la maggior parte dei rifiuti che si trovano sul WWW.

Esistono anche altre topologie meno comuni ...

A proposito, lo "schema" nella parte superiore di questa pagina è il peggior tipo possibile di topologia di tipo "b"

Mentre credo che la prima spiegazione sia quella "semplice", penso che la seconda spiegazione abbia molto senso. Come ha affermato @Kortuk nel suo commento, stai operando nella regione "near field" dell'antenna. Questa è la regione che non si comporta in modo simile a quello che ti aspetteresti se stessi basando i tuoi calcoli sui modelli di radiazione dell'antenna in campo lontano standard.

Nel campo vicino, hai un campo vicino reattivo e un campo vicino resistivo. Il campo vicino reattivo è dove i campi E e H vengono costantemente accumulati e collassati, senza che l'energia lasci l'antenna, viene semplicemente alternata tra i due diversi tipi di campo. Mettendo la mano vicino all'antenna, si sta effettivamente rubando parte dell'energia che si trova in questi campi.

Penso che un buon confronto sarebbe una coppia di induttori con una certa induttanza reciproca. La reciproca induttanza del secondo induttore fa cambiare l'induttanza misurata sul primo. Lo stesso sta accadendo con l'antenna. Mettendo la mano vicino all'antenna, si sta togliendo parte dell'energia dai campi E e H che si alternano nella regione, cambiando così la quantità di induttanza / capacità che il circuito del serbatoio LC sta vedendo e stordendo il oscillatore.