Esta serie de artículos van especialmente dirigidos a los entendidos en electrónica que demandaban contenido técnico sobre la construcción del Theremin, y serán 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 será desglosado en cuatro artículos que aparecerán mensualmente, siendo el contenido del presente:"EL TIMBRE".

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TIMBRE

El timbre es quizás la característica más evidente del instrumento ya que se puede decir que es el “escaparate”, la “Voz” del mismo y por lo tanto lo que más se reconoce y personaliza.
Hay que decir que el timbre aun siendo una cualidad intrínseca del circuito utilizado, en el Theremin, depende de una manera muy directa de la forma en que sea interpretado, con que sensibilidad y técnica el Thereminista, lo juegue.
La manera de interpretarlo es por lo tanto a mi entender, tanto o más importante que la propia calidad tonal del instrumento, ya que determina en mucho el carácter y el resultado final.

Me atrevería a decir, que un mal Theremin, tocado por un buen thereminista,  puede sonar a “gloria”.

Técnicamente el “Timbre” depende directamente de los componentes armónicos que acompañen al tono fundamental y de la forma en que la distribución espectral varíe en función de la altura de la nota, de hecho, todos los diseños que utilizan el sistema LEV, tienden en mayor o menor grado a “sonar “ cono una soprano “Humana” en la mitad superior de la tesitura y como un chelo en la parte mas baja , pasando por un cambio progresivo en el timbre, que nos irá, recordando a diversos instrumentos de cuerda, nunca perdiendo por ello , la especial característica “etérea” que lo caracteriza.

Podemos decir que hay varios ámbitos técnicos por donde moverse para determinar el  timbre, aquí enumeramos  cinco:

1. Utilizando el sistema Heterodino y aprovechando las propias características alinéales naturales del sistema.


2. A partir de un sistema heterodino convencional, introducir una “distorsión controlada (preferentemente en el (VCA) y en según que casos, también utilizar la ayuda de un (VCF), para ajustar el timbre, en función de la tesitura.


3. Convertir la frecuencia de salida del demodulador, en un parámetro de control que actúe sobre un, o unos, generadores de funciones, que definirán el timbre sintético (sistema indirecto, dentro del propio instrumento).


4. Partiendo del sistema Heterodino, utilizar el “enganche” controlado entre osciladores y un circuito demodulador de producto (tetrodo),con mezcla regulable de las señales de los osciladores(sistema LEV).


5. Convertir el Theremin en un simple elemento de control (medidor de distancias) y mediante un sistema de salida por tensión (1V/octava) o una salida MIDI, controlar cualquier Sinte.

Todos estos sistemas son a mí entender perfectamente validos y tienen cada uno (como es lógico, sus propios seguidores y detractores.
Seguidamente pasamos a realizar un somero análisis del funcionamiento en cada caso.

EL TIMBRE EN UN CIRCUITO HETERODINO SIMPLE

Dado que parto de la base de que ya entendemos bien el principio heterodino, diré, que si la forma de onda de los dos osciladores “batientes” son puras (ondas senoidales), la resultante resta o señal audible, será también una onda pura (idealmente sin armónicos) si el demodulador fuera lineal. Supuestamente salvo raros casos esta señal no será musicalmente demasiado interesante.
En la práctica los osciladores (A y B), nunca nos proporcionaran una señal exenta de armónicos, dada la distorsión generada en el propio proceso de “oscilación”.
Al mezclar dos frecuencias no totalmente puras, cada uno de los armónicos aportados, al igual que su fundamental (oscilador A), se restaran (también sumaran) de la fundamental y los armónicos que acompañen ahora a la señal del oscilador (B), dando como resultado un tono con una riqueza armónica que vendrá determinada por el numero y grado de los armónicos que procedan, de cada oscilador, antes ya de la mezcla, si además pensamos que el demodulador (normalmente diódico), a su vez también incorporara un determinado numero de armónicos (por su conducta alineal), el resultado casi ya será un resultado tonal interesante.

INTRODUCCIÓN DE DISTORSION CONTROLADA

Para mejorar la riqueza tímbrica de forma controlada, algunos fabricantes optan por “modificar”la forma de onda mediante una distorsión controlada, preferentemente en el (VCA).
Ello lo consiguen sacando al amplificador (tradicionalmente un OTA) (amplificador de transconductancia controlado por corriente), de su característica lineal, ello produce un “achatamiemto asimétrico que es suficiente para variar el timbre.
Dado que los modernos OTAs, presentan ya en su propio diseño interno una pareja de diodos linealizadores (con la intención de preservar la saturación de sus entradas  y espejos internos), controlando externamente la polarización de los mismos, se consigue una saturación controlada del amplificador propia de la característica no lineal de los propios diodos y con ello, la distorsión deseada de la onda.

 

GENERACIÓN INTERNA MEDIANTE SÍNTESIS

En este caso la salida del demodulador es convertida mediante un conversor Frecuencia /Tensión, en un voltaje que controla a uno o a varios VCOs, de tal manera, que la señal de audio de salida, es un equivalente sintetizado de lo que sería el tono real a la salida del demodulador.
Este sistema permite obtener una serie muy variada de timbres ya que el/los VCOs entregan diferentes formas de onda (senoidal, triangular, rampa, cuadrada y rectangular de anchura variable), con la consiguiente posibilidad de mezclar diferentes ondas y a diferentes niveles, con la gran variedad en el timbre que ello supone.

Una variante de este sistema, es la generación del voltaje de control no a partir de un sistema Heterodino, sino con la utilización de un sistema digital en la configuración tanto de los osciladores como del mezclador y del convertidor Frecuencia/ Tensión.
Existe un referente de este circuito en un artículo de la Universidad de Glasgow y en posteriores modificaciones del mismo circuito, que se encuentran fácilmente a través de la red.

Circuito heterodino con "enganche" y modulador de producto ajustable (sistema LEV)

¿Podemos modificar el timbre resultante en el propio corazón de un sistema heterodino?, Pues sí, vamos a ver como lo consigue LEV:
Con todo lo explicado hasta aquí ya tenemos un determinado timbre, que podríamos utilizar como “voz” de un Theremin, sin embargo si pretendemos conseguir  “la voz de Clara”, tendremos que recurrir a los sencillos pero a la vez ingeniosos “trucos”, que posee el diseño original de LEV.

EL EFECTO “ENGANCHE” ENTRE LOS OSCILADORES

Decíamos que una de las principales características del timbre de un Theremin, reside en la característica que tiene de variar su componente armónica en función de la tesitura, pues bien, ello sucede tanto por el hecho de que ambos osciladores tienden a sincronizarse dentro o fuera del mezclador, bien a través de la proximidad o residuos de señal en los busses de alimentación, masas, etc. “defectos” del propio circuito, o bien de forma intencionada y controlada en el diseño.

¿Que ocurre cuando hay enganche y cuales son las frecuencias mas susceptibles de producirlo?

Cuando ajustamos el “Pich a batido cero, los osciladores se hallan a la misma frecuencia, por lo tanto es la situación mas optima para que queden totalmente sincronizados, esto también nos permite que la salida del mezclador este a frecuencia cero (salida nula).
Por supuesto que para que esto suceda, deberá de existir algún tipo de enganche entre los osciladores, sea de forma casual o intencionada.

Tan pronto como introducimos la mano en el campo de juego su capacidad hace que la frecuencia del oscilador variable empiece a bajar, pero como partimos de una situación de auto sincronismo, se produce un efecto de resistencia a ser arrancados entre si de su posición original.
Como el incremento de capacidad de la mano resulta implacable y obliga al cambio de frecuencia, se pasa de un sincronismo total a una mutua atracción entre los osciladores (quieren mantenerse sincronizados, pero los obligamos a separar sus frecuencias), ello genera un curioso pero característico fenómeno consistente en la curvatura de las crestas de las ondas senoidales de los dos osciladores, como si de forma inteligente quisieran continuar unidos por las mismas.
Ello genera una distorsión geométrica de las ondas en ese Intento de acercamiento, haciendo que lo que en principio eran ondas “senoidales” de forma simétrica , progresivamente y en función del cambio de frecuencia, las formas de onda se vayan convirtiendo en unas seudo rampas redondeadas y de inclinación contraria. Ello como es lógico,  cambia de forma drástica el contenido armónico de las ondas, aumentando mucho los armónicos de segundo, tercer orden y sucesivos, que aparecen rápidamente y con una intensidad creciente haciendo aparecer a la salida del mezclador, un tono mas bien bronco y a la vez que “gordo”, brillante, propio de un instrumento de cuerda, que en este caso y debido a las bajas frecuencias con las que estamos trabajando, se asemeja a un chelo.
Al ir acercando mas la mano a la antena, las frecuencias se van distanciando cada vez mas, con lo que este fenómeno de “ atracción” va disminuyendo progresivamente, el resultado es que las formas de onda también se enderezan progresivamente recordado ya (cuando la frecuencia es muy distante y el tono de salida mas agudo), la forma senoidal de geométrica simétrica.
Con esta forma de onda progresivamente mas parecida a una senoidal, el timbre del tono de salida del mezclador se asemeja cada vez más a la voz humana.

¿HAY MÁS EN EL DISEÑO DE LEV PARA CLARA?

Pues sí, a nivel timbral, podemos decir que hay dos puntos muy esenciales del circuito y a la vez muy sencillos:
El primero de ellos, es fruto de utilizar un sistema “regulable” de enganche entre osciladores. Con ello, se puede definir con precisión, como queremos que evolucione la progresión tonal de enganche y por lo tanto, la variación de riqueza tímbrica en función de la tesitura.

El segundo, consiste en la dosificación variable entre las amplitudes de las señales de los dos osciladores, que si bien no tiene tanto sentido en una mezcla previa lineal, sí la tiene, al utilizar  una válvula tetrodo en el demodulador, que permite mezclar a diferentes niveles la señal en sus rejas.
Este sistema timbricamente, es muy superior a la mezcla aditiva y posterior detección por diodo que tanto se viene utilizando en circuitos modernos y que incluso podemos ver, en circuitos clásicos valvulares que también utilizan la detección diódica, aún que sea termoiónica.

Paradójicamente esta sabia mezcla regulable, que tanto afecta al especial sonido del theremin de Clara, no es utilizada en los RCA (la relación de las dos señales es fija) a pesar de que utilizan el diseño de Lev. Así como tampoco utilizan el circuito de enganche controlado, importantísimo si se pretende emular la riqueza de este mítico instrumento que muchos hemos escuchado en CD.
Por supuesto que no tengo la respuesta a ese “¿Por qué?”; quizás podríamos especular diciendo que un fondo de patentes, costes, contratos, e incluso, ¿Por qué no? un secretismo voluntario de LEV sobre los grandes y al mismo tiempo sencillos refinamientos técnicos de sus diseños, quizás fueran las causas.

Cuando hablo de la superioridad que tiene la demodulación por “tetrodo”, me quiero referir a circuitos como el de (LEV) o el de (RCA), que funcionan con ausencia de polarización negativa o auto polarización en las rejas del tetrodo y que además, el nivel de señal pico a pico procedente de los osciladores, es altísimo, lo que conlleva, que la válvula utilice muy poco la parte lineal de su curva característica (véanse curvas de características de la 24A en manuales de la época), produciéndose una deformación muy peculiar en la señal mezcla demodulada de placa, que contribuye en gran medida, a la formación del timbre.

Podríamos decir (sin ser un ejemplo exacto) que nos encontramos con un paso “amplificador” valvular, en clase “C” sobreexcitado.
Esta misma configuración la volvemos a encontrar inmediatamente después, en el primer paso preamplificador,  que se presenta acoplado mediante un transformador “ínter etapa” de estrecho paso de banda y también, sin ninguna polarización de reja.
Todo ello lógicamente y como decía, contribuye a la obtención de un muy especial timbre, haciendo difícil (sobre todo por los componentes), aunque no imposible, poder “calcar” en la actualidad ese sonido.

Existen circuitos valvulares, que sí polarizan "adecuadamente” las rejas obteniendo un timbre más puro, pero menos característico.

Entiendo que todos esos  puntos, serían merecedores de un estudio completo sobre distintas maneras de abordar el diseño de un Theremin Valvular

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En estas últimas semanas he estado siguiendo una serie de correos en el portal de “LEVNET” en donde se debatía sobre la manera en que Robert Moog seleccionaba el timbre de su 201 Theremin y la verdad es que he querido daros aquí un ligera pincelada del sistema por considerarlo interesante.

Moog, en su circuito, filtraba las frecuencias en el ámbito del demodulador y con las señales de radiofrecuencia originales antes de su demodulación, con lo que conseguía, una selección de la gama espectral radiofrecuente, mediante una serie de filtros (LC) que hábilmente conmutaba acentuando o atenuando unas determinadas bandas, de tal manera, que el resultado después de la demodulación, era la acentuación o supresión de: Octavas, quintas o las terceras armónicas, con lo que según se dice en los correos, el resultado es sorprendente y distinto, al tradicional tratamiento tímbrico sobre el tono de BF.

Sobre este tema no puedo pronunciarme personalmente, pero me ha parecido tan interesante, que me he puesto manos a la obra para poder estudiar y experimentar los resultados, sobre lo que a priori pudiera ser un campo interesante.
Debo de confesar que este viejo esquema, ha pasado infinidad de veces por mis manos, y que a pesar de extrañarme la composición del demodulador, en ningún caso me dediqué a estudiarlo, por aquello de que casi toda la demodulación valvular es muy convencional. Pues…Muy mal por mi parte.
Ya os tendré o me tendréis al corriente, si alguien se anima a experimentar.

CONCLUSIONES

El timbre de un theremin (al igual que de cualquier otro instrumento), es una cuestión muy personal y a priori no se puede decir que hay sonidos buenos y malos, evidentemente me refiero a theremines de un determinado nivel de calidad, profesionales o semiprofesionales ya que el resto los reservo en el apartado de curiosidades o de maquinillas de efectos especiales.

Un Theremin (dado que es un instrumento musical completo), debe de estar compuesto por dos antenas o sensores, otra cosa, (los de una antena), no los considero un Theremin al no permitir tanto la expresión tonal como la dinámica y que conste, que es solo mi opinión.

Existe una tendencia a diferenciarlos por su naturaleza Valvular o de Estado Sólido y si bien es verdad que la mayoría de Theremines valvulares tienen un timbre muy característico y se los relaciona con instrumentos de gama alta, también los hay con un timbre muy “pobre” a la par que con una serie de problemas  de inestabilidad, ruido y pitidos extraños (grillos).
Un circuito valvular, requiere unas exquisitas medidas de diseño y construcción que solo están al alcance de técnicos muy especializados dentro del ámbito de los tubos termoiónicos, cuestión que ha hecho, que prácticamente todos los circuitos comerciales adopten la forma transistorizada o integrada.

Yo entiendo que el “merito” en los circuitos valvulares, no está exclusivamente en su naturaleza termoiónica y aún siendo esta muy importante, la confluencia que estos circuitos acostumbran a tener con técnicas de grandes inductores o resonadores de antena, hacen que dichos aparatos presenten unas prestaciones globales mejores y no solo en el timbre.

En cuanto a la orientación técnica del diseño (Heterodina o no), la realidad nos demuestra que el diseño con técnica heterodina, proporciona una riqueza sonora especial que los diferencia del resto, su sonido transparente y “misterioso” creo que es difícil de obtener mediante síntesis.

Mirad, muchos de nosotros apostamos en su momento, por los sintetizadores analógicos (años 70), que en un principio de la mano de MOOG y otras marcas, aparecieron. La síntesis substractiva con los filtros controlados por tensión (VCF), que moldeaban el timbre de salida mezcla de varios VCOs  etc, nos hizo entender que estábamos frente a una nueva forma de generación de timbres totalmente diferentes de la que se conocía hasta entonces.

El caso del Theremin, es desde  su origen totalmente distinto, ya que la síntesis  no ha sido nunca la base original para la obtención del timbre, por el contrario, las características excepcionales del batido heterodino (con todos los detalles que hemos ido desgranando), han sido suficientes para generar ese sonido tan característico e impactante y si ello no fuere suficiente, circuitería para lograr distorsión controlada y filtros para modificar el timbre, también han ayudado en gran medida, pero el corazón del Theremin, casi siempre a residido en el sistema de batido.

De todos modos, no por ello intento excluir a grandes diseños total o parcialmente sintéticos, ya que disponemos de ejemplos estupendos, que como el del ingeniero Anthony Henk, ofrecen timbres personalísimos, que Thereministas como  Lydia Kavina, acostumbra a utilizar para deleitarnos.

 

FIN DEL TERCER ARTÍCULO.