El diseño clásico consiste en una caja con dos antenas. Se ejecuta acercando y alejando la mano de cada una de las antenas correspondientes, sin llegar a tocarlas. La antena derecha suele ser recta y en vertical, y sirve para controlar la frecuencia o tono: cuanto más cerca esté la mano derecha de la misma, más agudo será el sonido producido. La antena izquierda es horizontal y con forma de bucle, y sirve para controlar el volumen: cuanto más cerca de la misma esté la mano izquierda, más baja el volumen, y viceversa.
Originalmente, su versión más primitiva fue llamada Aetherophone (que se podría traducir como Eterófono), y constaba sólo de la antena de tono. Dicho diseño fue tempranamente mejorado por el inventor, añadiendo posteriormente la antena para controlar el volumen tal y como hemos descrito. Actualmente, algunos de los modelos caseros y comercializados de Theremin disponen tan sólo de la antena que controla el tono, lo cual siendo rigurosos les convierte en realidad en un "Eterófono", y su uso frecuentemente es el de un aparato para efectos especiales más que un instrumento musical, al no poder acentuar ni separar las notas producidas.
También se han llegado a producir theremines de forma más o menos artesanal con formas de interactuar muy distintas, como por ejemplo, teremines ópticos que miden la cantidad de luz que les llega a un sensor. También la casa Roland comercializa en algunos de sus módulos un sensor de infrarrojos llamado D-Beam, con el cual se puede controlar no sólo el tono, sino alternativamente el parámetro que se elija.
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