特雷門琴DIY指南
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特雷門琴是世界上第一件電子樂器，由蘇聯(lián)物理學(xué)家特雷門教授發(fā)明。它是世界上唯一一種演奏時(shí)不需要接觸的樂器，也是世界上最難演奏的樂器。
筆者最近一年里斷斷續(xù)續(xù)地在研究特雷門琴，有所收獲，決定寫出來分享給大家。關(guān)于特雷門琴顯然沒有什么中文資料，要想知道特雷門琴內(nèi)部是什么樣的，必須去國外網(wǎng)站搜索資料，下面是一些非常有用的網(wǎng)站：
http://asmir.info/theremin_classic.htm
第一個(gè)網(wǎng)站講解了特雷門琴的原理，可以先看看。
第二個(gè)網(wǎng)站是特雷門琴論壇，我找到的信息基本都是從這里翻出來的。
你可能會知道最后一個(gè)網(wǎng)站，它就是Open Theremin的官網(wǎng)，他們的特雷門琴完全開源，在淘寶上還有賣這個(gè)的電路板的，是中國能買到的最便宜的特雷門琴，也是我們的最佳選擇，在以下文章里也是用這款特雷門琴作為例子：http://mc.dfrobot.com.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=36566
但是，我不希望讀者只是去買個(gè)電路板焊個(gè)天線，了解樂器的原理應(yīng)該是十分重要的，而且，這款Open Theremin使用了數(shù)字電路，輸出的波形與傳統(tǒng)特雷門琴還是有一定區(qū)別的，而且從聽感上它的音色也沒有傳統(tǒng)特雷門琴那么優(yōu)美。我自己手上就有一臺Open Theremin，因?yàn)橹纼?nèi)部電路和程序的原理，所以我知道它無法獲得復(fù)雜的、像女高音或者提琴一樣的音色，原因下面再講。
經(jīng)過對比，下面這個(gè)是目前最好的特雷門琴：http://www.oldtemecula.com/theremin/ews-buffer-exciter/images/hotrod.pdf
這個(gè)文件是關(guān)于美國MOOG公司的Etherwave特雷門琴的說明書，如果你能看懂，就可以自己制作了。我也按照這個(gè)圖制作了板子。這款特雷門琴的電路主要包含電源模塊、音高模塊、音量模塊、壓控放大器(VCA)與輸出模塊。音高模塊含有一對拍頻振蕩器（BFO）和頻率探測器（Detector），拍頻振蕩器即一個(gè)固定頻率振蕩器和一個(gè)可變頻率振蕩器，后者連接著天線，手與天線組成電容，通過改變手與天線的距離可以改變電容大小，從而改變可變振蕩器的振蕩頻率；頻率探測器其實(shí)就是混頻器與濾波器，混頻器將來自兩個(gè)振蕩器的信號頻率相減，混頻信號經(jīng)過低通濾波后便得到頻率為兩振蕩器頻率差的信號。音量模塊也包含一個(gè)振蕩頻率隨天線電容變化而變化的振蕩器，還包含一個(gè)整流器，此模塊能將音量振蕩器產(chǎn)生的頻率可變的輸出轉(zhuǎn)化為一個(gè)直流偏置能能連續(xù)變化的電壓信號輸出，以作為壓控放大器的控制電壓。壓控放大器接收來自頻率探測器的輸出信號，根據(jù)控制電壓來改變放大增益的幅度，最后輸出。隨著手接近天線，振蕩器的振蕩頻率減小，對于音高模塊，BFO頻率差增大，對于音量模塊，輸出控制電壓減小，分別對應(yīng)了輸出信號的頻率升高，音量減小。以上說明的大部分也適用于其他的特雷門琴，即所有同類的模擬電路的特雷門琴都擁有相似的原理。另外，說明書后面還提供了很多用于功能拓展的電路模塊，我還沒有嘗試過。不過，MOOG畢竟是美國公司，這款特雷門琴的電源也是用到了美國那邊特有的接口，所以要自己制作，必須修改一下電源的電路。而且，其中用到的可變電感在中國也很難搞到，需要想想辦法替換。有意思的是，Etherwave的電路板主要用貼片元件，但是其中用到的大型電感卻都用的是粗壯的線圈，有種兩個(gè)時(shí)代交融在一起的感覺。
關(guān)于Open Theremin，它是基于Arduino開發(fā)的，這款特雷門琴的原理與傳統(tǒng)的特雷門琴有所不同，它不是通過模擬電路來完成頻率相減和控制信號幅度等工作，而是讓單片機(jī)來處理信號，所以它在可變振蕩器部分就通過一個(gè)非門來將正弦信號整形成方波信號，而本地振蕩器則利用晶體振蕩器和分頻器芯片構(gòu)成，隨后將兩信號通過觸發(fā)器，用本地振蕩器的輸出作為時(shí)鐘信號對可變振蕩器的輸出進(jìn)行采樣，因?yàn)閮烧哳l率不同，所以輸出段得到的方波信號的頻率是兩者的差頻。此輸出之后送入單片機(jī)的計(jì)時(shí)器進(jìn)行頻率測量。在單片機(jī)內(nèi)部，計(jì)時(shí)器測量出頻率之后程序?qū)y量值進(jìn)行處理，使其縮放在0~255之間，并以此決定一個(gè)在輸出時(shí)用到的偏移值。程序會從預(yù)置波形表中檢索出一個(gè)值（檢索出的值基于該程序先前執(zhí)行產(chǎn)生的偏移值），然后將該值乘以縮放過的音量值，這樣便改變了輸出幅度。而音高值越大，得到的偏移值越大，波形數(shù)據(jù)將更快速地被發(fā)出，這樣輸出的波形就將擁有更高的頻率（音高）。調(diào)整后的值接著被轉(zhuǎn)換為12-bit并加上正偏移量發(fā)送到12-bit的DAC以輸出。DAC的輸出信號將依次通過濾波器、緩沖器和交流耦合電容以消除直流偏移，最后通過功放到達(dá)3.5mm音頻接口輸出。因?yàn)檫@款特雷門琴使用查表的方式輸出波形，所以只要更換預(yù)置的波形數(shù)據(jù)，就能改變音色，突破了電路對音色的限制。Open Theremin內(nèi)置8個(gè)波表，可以自己修改數(shù)據(jù)。作者還特意制作了一個(gè)畫波表的網(wǎng)站：http://www.gaudi.ch/WaveGenerator/
波表中只存放了1024個(gè)數(shù)據(jù)，連接起來無非是個(gè)比較圓滑的折線圖，看作者提供的波表數(shù)據(jù)，好像都只畫了一個(gè)周期的數(shù)據(jù)。對于真實(shí)樂器發(fā)出的不能靠“一個(gè)周期的波形”來模擬的聲音，這款Open Theremin怕是難以還原。如果靠手畫自己想要的波形，也難免出現(xiàn)形變，更不用說最終輸出時(shí)聽起來會怎么樣了。如果你會使用數(shù)學(xué)軟件，我有一個(gè)點(diǎn)子可以參考：用數(shù)學(xué)軟件對能夠循環(huán)的一段很短的聲音（就像FL Studio里面合成器的音色）的波形進(jìn)行1024點(diǎn)的采樣，輸出循環(huán)段落的采樣值來制作波表，或許這樣能在特雷門琴中模擬出這種音色來。當(dāng)然啦，要更改波表數(shù)據(jù)，你得先了解一下C++的編寫。
做特雷門琴可以很簡單，你只需要買Open Theremin的PCB板，往上面焊接元件和天線就行（如果你連焊接都不會那就另當(dāng)別論了），但是如果你想要私人訂制以及拓展功能，就必須要學(xué)習(xí)相關(guān)的知識。希望我的這篇文章能幫到你。
水平有限、寫作匆忙，如有錯誤請多指正。
