Theremin selbst bauen: Die berührungslose Musikmaschine

Das Theremin (erfunden 1920 von Léon Theremin) ist das einzige Instrument, das ohne Berührung gespielt wird. Zwei Hochfrequenz-Oszillatoren (einer fest, einer handkapazitiv veränderlich) schlagen im Mischer (Ringmodulator) auf Differenzfrequenz → hörbarer Ton (0–5 kHz). Lautstärke wird über zweiten Oszillator + Handkapazität gesteuert. Dieser Artikel zeigt den Aufbau eines analogen Theremins mit Diskretbauteilen.

1. Funktionsprinzip

• Fest-Oszillator (Reference): f_fix ≈ 172 kHz (LC, Quarz oder RC).
• Variabler Oszillator (Pitch): f_var ≈ 172 kHz + Δf. Antenne (Monopol) bildet Kapazität zur Hand des Spielers (C_Hand ≈ 1–10 pF) → Frequenzänderung.
• Mischer (Balanced Modulator / Ringmodulator): Multipliziert beide Signale → Summen- (≈ 344 kHz) und Differenzfrequenz (|f_fix − f_var| = 0–5 kHz).
• Tiefpassfilter: Entfernt Summenfrequenz, lässt Audio (Differenz) passieren.
• Volumen-Oszillator: f_vol ≈ 440 kHz. Schlaufenantenne (Loop) + Handkapazität → Amplitudenmodulation über VCA (Voltage Controlled Amplifier).
• Audio-Verstärker + Lautsprecher.

2. Bauteile (Diskret, analog)

• Metallgehäuse (Abschirmung, ca. 30×20×10 cm), oben angeschlagen
• Monopol-Antenne (Messingrohr, 50 cm, oben)
• Schlaufen-Antenne (Kupferdraht, seitlich, ca. 20 cm Ø)
• Oszillatoren: 2 × FET (BF245, J310) oder BJT (BF199) LC-Colpitts, einstellbar (Trimm-C)
• Mischer: Diodenring (4 × 1N4148) oder IC (SA612 / NE602 / AD633)
• Tiefpass: 2. Ordnung, fc ≈ 6 kHz (R = 1 kΩ, C = 4,7 nF)
• Volumen-VCA: JFET (2N5457) als spannungsgesteuerter Widerstand oder OTA (LM13700)
• Audio-Endstufe: LM386 / TDA2003 / Class-D (PAM8403)
• Netzteil: 12 V DC (Netzteil), intern ±12 V (7812/7912) für Op-Amps
• Potentiometer: 10 kΩ (Pitch-Linearity, Volumen-Offset, Empfindlichkeit)
• Lautsprecher: 8 Ω, 3–5 W

3. Mechanischer Aufbau

1. Metallgehäuse vorbereiten: Löcher für Antennen, Potis, Lautsprecher, Netzbuchse.
2. Monopol-Antenne oben mittig, isoliert durchführen (PTFE/PE-Hülse).
3. Schlaufen-Antenne seitlich, horizontal.
4. Platine(n) im Gehäuse befestigen, Masse großflächig an Gehäuse (Faraday-Käfig).

4. Elektrischer Aufbau (Schritt für Schritt)

Schritt 1: Pitch-Oszillatoren & Mischer

• Beide Oszillatoren auf exakt gleiche Frequenz abstimmen (Frequenzzähler / Oszi).
• 10 kΩ Audio-Poti in Serie zur Pitch-Antenne → linearisiert Steuerkurve.
• Mischer: Diodenring (Transformator-gekoppelt) oder SA612 (einfacher).
• Tiefpass (2 × 4,7 nF + 1 kΩ) nach Mischer → Audio-Signal (Differenzfrequenz).

Schritt 2: Volumen-Zweig

• Volumen-Oszillator ~440 kHz (LC, einstellbar).
• Schlaufen-Antenne koppelt Handkapazität ein → Amplitudenänderung.
• Gleichrichter (Dioden + C) → DC-Steuerspannung für VCA.
• 10 kΩ Trimm-Poti für Nullpunkt-Abgleich (Stille bei Hand fern).

Schritt 3: VCA & Audio-Ausgang

• VCA: JFET 2N5457 (Source-Follower, Gate = Steuerspannung) oder LM13700 (OTA, linearer).
• Audio-Signal (aus Pitch-Tiefpass) → VCA → Audio-Endstufe (LM386 Gain 200) → Lautsprecher.

Schritt 4: Inbetriebnahme & Kalibrierung

1. Netzteil anschließen (9–12 V DC, polarisiert).
2. Oszi an Mischer-Ausgang: Summenfrequenz ~344 kHz sichtbar?
3. Tiefpass prüft: Audio (100 Hz – 5 kHz) sauber?
4. Pitch-Antenne: Hand annähern → Tonhöhe steigt. Poti „Linearity“ justieren.
5. Volumen-Antenne: Hand annähern → Lautstärke sinkt (oder steigt, je nach Polung). Nullpunkt trimmen.
6. Stabilität: 5–10 min warmlaufen lassen. Nachjustieren.

5. Störungsbeseitigung

6. Umweltfaktoren (beeinflussen Spielbarkeit)

• Antennenlänge (länger → größere Empfindlichkeit, niedrigere Frequenz)
• Luftfeuchtigkeit (ändert Kapazität leicht)
• Gehäusegröße / -material
• Kleidung / Schuhe des Spielers (Erdung, Kapazität)
• Netzstörungen (Schaltnetzteile in der Nähe)

Tipp: Theremin an Oszi hängen, Frequenzbereich vermessen, dann mechanisch/elektrisch trimmen.

Fazit

Ein analoges Theremin zu bauen ist ein anspruchsvolles, aber lohnendes HF-Projekt. Es lehrt Oszillator-Design, Mischer, VCA, Antennenkopplung und Präzisions-Abgleich. Moderne Alternative: DSP-basiert (Teensy + Audio Shield) – stabiler, programmierbar, MIDI-fähig. Für den authentischen „Vintage-Sound“ und das Lernerlebnis: analoger Diskret-Aufbau. Wir unterstützen bei Spulenberechnung, Layout und Bauteilauswahl.