Антенна высоты тона для терменвокса
ANTENNA OF PITCH OF TONE FOR TERMENVOX

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электромузыкальным инструментам типа «Терменвокс», у которых для изменения частоты звукового сигнала (высоты тона) используется чувствительный высокочастотный генератор с емкостным датчиком в форме штыревой антенны. Изобретение изменяет емкостные свойства датчика таким образом, что равномерность (линейность) музыкальной шкалы инструмента улучшается.
Уровень техники
Известны емкостные датчики высоты тона у электромузыкальных инструментов типа «Терменвокс», которые имеют форму вертикальных штыревых антенн. В зависимости от длины и диаметра штыря такие датчики имеют разную чувствительность к перемещению руки исполнителя, причем степень чувствительности зависит от расстояния руки до антенны. Вблизи антенны чувствительность многократно возрастает, что приводит к «сгущению» нот в этой области. Это затрудняет игру на инструменте.
Для повышения однородности нот (линейности музыкальной шкалы) используют разные способы. Например, в так называемых «цифровых терменвоксах», где вычислительным узлом производится прямое измерение частоты (периода) колебаний высокочастотного генератора (либо разностной частоты при использовании гетеродинирования) и последующая генерация на основе этих измерений звукового сигнала цифровым способом, возможна программная коррекция с помощью таблицы или подходящей формулы (проект «Open.Theremin» - URL: http://www.gaudi.ch/OpenTheremin/ от 05.06.2018). Эта коррекция отнимает у вычислительного узла ресурсы памяти и быстродействия.
В аналоговых терменвоксах гетеродинного типа («AR-1264» фирмы RCA, США; «Etherwave Standard» фирмы Moog Music Inc., США) используется специальная схемотехника генераторов на основе связанных колебательных контуров (второй контур образуется из емкости антенны и индуктивности так называемой «линеаризующей катушки»). Недостаток такого решения заключается в усложнении конструкции и настройки.
Известны терменвоксы, имеющие разнообразные формы антенн, включая зигзагообразные, спиральные, плоские площадки, объемные тела и даже предметы домашнего обихода. Достоверных данных о положительных свойствах таких антенн не имеется.
Известна антенна терменвокса, описанная в заявке на изобретение JP 2013167754 A (Япония), представляющая собой плоский или столбчатый элемент с меняющимся по длине поперечным размером, у которого верхний конец может быть загнут в направлении приближения руки исполнителя. Недостаток такой антенна - она приспособлена для техники исполнения, при которой рука направляется к ее верхнему концу, между тем общепринятая техника подразумевает приближение руки к центральной части антенны.
Наиболее близким аналогом к изобретению является антенна электромузыкального инструмента конструктора Л.Д. Королева, у которой к вертикальному проводящему штырю добавлен элемент из тонкой проволоки в виде дуги, соединяющий его верхний и нижний концы (фотография в статье «Памяти нашего автора» - журнал Радио, 2012, №6, с. 4). Недостаток такого решения - наличие вертикального проводника рядом с дугообразным элементом, что снижает линеаризующие свойства последнего (за счет частичного экранирования).
Раскрытие сущности изобретения
Техническим результатом предлагаемого изобретения является изменение емкостных свойств антенны высоты тона терменвокса таким образом, что равномерность (линейность) получающейся музыкальной шкалы инструмента улучшается.
Изменение емкостных свойств достигают приданием проводнику антенны такой формы, при которой концы вытянутого проводника, например штыря, к центральной части которого приближается рука исполнителя, загибаются в сторону приближения руки, причем угол наклона (радиус кривизны) участков может быть постоянным или меняющимся (см. фигуры 1 и 2).
Как показали измерения, на больших дистанциях у прямолинейных штыревых антенн наблюдается почти линейная зависимость логарифма вносимой рукой емкости от расстояния (кривая 6 на фигуре 5), что дает линейную зависимость высоты тона инструмента от положения руки (кривая 6 на фигуре 6). На малых расстояниях эта зависимость нарушается, а на очень малых наклон графиков существенно возрастает. В результате ничтожные изменения положения руки вызывают значительные изменения высоты тона, что ощущается как густое расположение нот.
Измерения также показали, что лучше всего работают длинные антенны. У таких антенн линейный участок зависимости подходит ближе к антенне (кривые 7 на фигурах 5 и 6). К сожалению, длинные антенны не удобны в эксплуатации и сильнее реагируют на приближение посторонних объектов.
Анализ факторов, влияющих на свойства штыревых антенн, позволил предположить, что загибая концы в сторону приближения руки (либо создавая в центральной части вогнутый участок), можно улучшить линейность. Последующие измерения подтвердили, что такие изогнутые антенны имеют более протяженный (подходящий ближе к антенне) «линейный» участок (кривые 8 на фигурах 5 и 6).
Если искусственно ограничить приближение руки к проводнику барьером, то за счет визуального эффекта передняя кромка такого барьера будет восприниматься как новая точка отсчета расстояний, и за счет связанного с этим сдвига кривых 8 на фигурах 5 и 6 на величину Δх (ширина барьера) проблемный участок отсечется, а линейная область подойдет вплотную к антенне (кривые 9 на фигурах 5 и 6).
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 показан вариант реализации антенны в форме дуги.
На фигуре 2 показан вариант реализации антенны с меняющейся кривизной и состоящей из сопряженных прямолинейных сегментов.
На фигуре 3 показан вариант реализации антенны, состоящей из дугообразного проводника и вертикального ограничителя перемещения руки (барьера).
На фигуре 4 показан вариант реализации антенны, имеющей диэлектрическую основу (барьер) в форме полумесяца.
На фигуре 5 показаны графики зависимостей вносимой рукой емкости от положения руки, полученные в результате экспериментов с различными антеннами. Небольшие «шероховатости» кривых связаны с погрешностью измерений. Кривая 6 соответствует прямолинейной антенне длиной 40 см и диаметром 12 мм. Кривая 7 соответствует прямолинейной антенне длиной 80 см и диаметром 3 мм. Меньший диаметр выбран для того, чтобы график прошел на такой же высоте - для удобства сравнения (как показали эксперименты, на кривизну графика диаметр антенны не влияет). Кривая 8 соответствует криволинейной антенне, изогнутой в соответствии с фигурой 2. Кривая 9 соответствует криволинейной антенне, к которой добавлен ограничитель перемещения руки. Величина Δх - это смещение, вызванное изменением точки отсчета.
На фигуре 6 показаны графики зависимости результирующей высоты тона терменвокса для антенн, соответствующих графикам на фигуре 5. Моделировался терменвокс гетеродинного типа без дополнительных мер по линеаризации. Обозначению «С6» на шкале высоты тона соответствует нота «До» 3-ой октавы (1046,5 Гц).
Осуществление изобретения
Предлагаемая антенна высоты тона может быть выполнена так, как показано на фигуре 1. Изогнутый дугой проводник 1 представляет собой самонесущую конструкцию и может иметь любой профиль в поперечном сечении. Держатель 2 служит для крепления антенны к корпусу инструмента и создания электрического контакта с проводником 1.
Другой вариант реализации изобретения представляет собой проводник с изменяющимся по длине радиусом кривизны (включая наличие прямолинейных сегментов и перегиб в противоположную сторону) и может быть выполнен соответствующим изгибом заготовки, как это показано на фигуре 2. Тело антенны может быть не монолитным, а состоять из нескольких частей, соединяемых друг с другом.
Третий вариант реализации (фигура 3) предусматривает добавление ограничителя перемещения руки 3, выполненного из диэлектрика и создающего новый «визуальный центр», к которому должна приближаться рука.
В четвертом варианте реализации (фигура 4) несущую часть конструкции образует уплощенный элемент в форме полумесяца 4, изготовленный из диэлектрика. По задней выпуклой кромке элемента (т.е. по противоположной приближению руки стороне) проходит проводник 5 (это может быть проволока, массив проводников, фольга, проводящее покрытие), электрически соединенный с держателем 2. Передняя кромка «полумесяца» выполняет роль ограничителя перемещения руки. В теле «полумесяца» могут быть сделаны декоративные или облегчающие его вес вырезы. Проводник 5 может проходить не по поверхности, а быть заглублен в тело диэлектрика (проходить внутри).
Диэлектрические части антенн могут быть изготовлены из светопроводящих и/или светорассеивающих материалов, что позволяет реализовать динамическую (например - в зависимости от текущей высоты тона) подсветку. Передача света может осуществляться через световоды или с помощью направленного излучения (элементы подсветки на фигурах не показаны).
На проводящие части антенн могут быть надеты термоусаживаемые трубки из непроводящих материалов или нанесены непроводящие покрытия (лак, пленка) с целью предотвращения разрядов статического электричества при касании антенны рукой.