¿Cómo funciona una "antena" Theremin?

Siempre supuse que la forma de las antenas era importante; un monopolo vertical para tono y un bucle horizontal para volumen, pensando que esto minimizaba su interferencia entre sí. Pero parece que en realidad operan más en el rango de 200-500 kHz. A estas frecuencias, una buena antena tendría cientos de metros de largo, y el uso de diferentes frecuencias para cada antena es suficiente para evitar interferencias.

Por otro lado, el esquema Moog Etherwave tiene un montón de bobinas en serie con las antenas, ¿cuál podría ser un alargamiento eléctrico ?

La mayoría de las descripciones que he leído explican que es solo la capacitancia humana a tierra lo que desintoniza los osciladores, por lo que cualquier forma de metal funcionará, ya que solo actúa como una placa de condensador.

Sin embargo, esta página describe algo diferente, que no entiendo:

Más allá de 4 pulgadas (10 cm), las variaciones de tono heterodino de RF allí son causadas por cambios en la "resistencia a la radiación". Esta es la potencia electromagnética de RF total irradiada desde la antena de paso dividida por el cuadrado de la corriente neta que fluye hacia la antena de paso. El campo de tono es un equilibrio dual eléctrico / magnético, no solo un campo capacitivo como se suele decir.

Alguna explicación más aquí

¿Es esto correcto? ¿Qué hay de malo con la explicación de capacitancia?

Más:

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

Linealización de la sensibilidad del tono: descubrí que la octava superior estaba muy comprimida y que las notas más altas que quería tocar estaban tan cerca de la antena que no era posible un vibrato preciso. Una forma de linealizar la respuesta es poner un inductor en serie con la antena.

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

Este efecto está parcialmente compensado por la naturaleza del circuito sintonizado LC, cuya frecuencia depende de la raíz cuadrada inversa de la capacitancia. Esta es la razón principal, creo, por la que los osciladores basados ​​en un solo polo (solo un componente reactivo, es decir, la capacitancia) nunca se afianzaron para su uso. Yo, y probablemente muchos otros, he experimentado con osciladores RC en un esfuerzo por deshacerme de esas molestas bobinas; incluso el temporizador NE555 ordinario puede usarse para este propósito. Sin embargo, en tales circuitos la frecuencia de oscilación es inversamente proporcional a la capacitancia, en lugar de la raíz cuadrada de la capacitancia, y el efecto de la "ley cuadrada" es mucho peor. Otra forma de ver esto es que la sensibilidad (dF / dC) de los circuitos RC es proporcional a 1 / C2 en lugar de 1 / C1.5 en el caso del circuito LC.

El hecho de que theremins use mezcladores heterodinos no tiene nada que ver con RF. Las 'antenas' no son antenas en el sentido clásico de RF. La explicación de capacitancia es correcta.

Condensadores y Theremin 'Antenas'

El tipo más simple de condensador es un condensador de placa paralela . Eso significa que el condensador consta de dos placas de metal separadas por un material llamado dieléctrico. La ecuación para la capacitancia de dicho capacitor es C = εA / d, donde ε es la permitividad del dieléctrico (ε≈8.8541878176 .. × 10 ^ −12 F / m para aire).

Cuando está operando un theremin, su mano es una placa (su mano está efectivamente conectada a tierra), la antena es la otra, y el aire entre las dos es el dieléctrico. A medida que mueve la mano, varía la capacitancia entre el suelo y la antena. Ambas manos afectarán a ambas antenas, ya que actúan como dos placas en paralelo, aumentando el área total.

Las dos antenas están en ángulo recto porque eso reduce el impacto que su mano izquierda tendrá en la antena derecha y viceversa. Por ejemplo, a medida que mueve la mano hacia arriba y hacia abajo por encima de la antena de volumen, mantiene una distancia relativamente constante de la antena de cabeceo, por lo que su contribución a la capacitancia general es constante (y pequeña).

teoría de operación

Nota / Actualización: Consulte la Respuesta de FredM para obtener una descripción más detallada del oscilador.

Ambos condensadores de antena forman parte de dos osciladores LC activos diferentes y complejos . La 'L' se refiere a inductores, que almacenan energía en un campo magnético; la 'C' se refiere a condensadores, que almacenan energía en un campo eléctrico. En un oscilador LC, la energía fluye constantemente de un lado a otro entre los dos, cambiando del potencial eléctrico al potencial magnético.

La frecuencia del oscilador de tono está más allá de las frecuencias de audio, por lo que no se puede usar directamente. El theremin tiene un tercer oscilador que funciona a una frecuencia fija. El oscilador de tono y las salidas del oscilador fijo se alimentan a un mezclador heterodino , lo que da como resultado una salida que incluye las frecuencias de suma y diferencia de las dos entradas. La frecuencia de suma es incluso mayor que la señal original, por lo tanto, es inútil y se filtra . La señal resultante es una frecuencia única (más armónicos ) en el rango de audio.

La frecuencia del oscilador de volumen se usa para controlar cuánto se amplifica la señal de audio. A medida que mueve la mano, la frecuencia cambia, por lo que cambia la ganancia del amplificador y, por lo tanto, cambia el volumen de salida.

Existe cierta confusión porque hay dos topologías comunes con theremins, sin embargo, en ambos casos el mecanismo de detección de distancia es puramente capacitivo (eléctrico / electrostático, no magnético o electromagnético en ningún grado significativo)

Las dos topologías principales son (a) un oscilador de tanque LC con una serie L conectada a la antena que forma un circuito resonante en serie. La antena L es mucho más grande que el tanque L, y el tanque C es mucho más grande que la antena C. Los cambios en la antena C se "convierten" a través de la resonancia LC de una manera que causa estos cambios (debido a las respectivas afinaciones de las frecuencias operativas de la antena y el tanque) en una inductancia variable "virtual" vista a través del inductor del tanque, de modo que mientras el resonador de la antena responde a la variación de capacitancia, la frecuencia del tanque (osciladores) está siendo controlada por la inductancia variable, y los dos interactúan con cada uno otro de una manera compleja que mejora la linealidad musical.

(b) La otra topología común (inferior) es donde el capacitor del tanque está directamente en paralelo con la capacitancia de la antena, y la frecuencia del oscilador es una función LC simple y extremadamente no lineal.

Ejemplos de topología (a) son todos los theremins diseñados por Lev Termen, todos los theremins diseñados por Bob Moog. Los ejemplos del tipo (b) incluyen los chips Jaycar / Silicon y la mayoría de la basura simple que se encuentra en la WWW.

También hay otras topologías menos comunes ...

Por cierto, el "esquema" en la parte superior de esta página es el peor tipo posible de topología de tipo "b"

Si bien creo que la primera explicación es la "simple", creo que la segunda explicación tiene mucho sentido. Como @Kortuk declaró en su comentario, usted está operando en la región de "campo cercano" de la antena. Esta es la región que no se comporta como lo que esperaría si basase sus cálculos en los patrones estándar de radiación de antena de campo lejano.

En el campo cercano, tiene un campo cercano reactivo y un campo cercano resistivo. El campo cercano reactivo es donde los campos E y H se construyen y colapsan constantemente, sin que la energía salga de la antena, simplemente se alterna entre los dos tipos de campo diferentes. Al poner su mano cerca de la antena, está robando efectivamente parte del poder que hay en estos campos.

Creo que una buena comparación sería un par de inductores con cierta inductancia mutua. La inductancia mutua del segundo inductor hace que la inductancia medida cambie en el primero. Lo mismo está sucediendo con la antena. Al acercar la mano a la antena, está eliminando parte de la potencia de los campos E y H que se alternan en la región y, por lo tanto, cambia la cantidad de inductancia / capacitancia que está viendo el circuito del tanque LC y desafina el oscilador.