Kursus Experimentele Muziek: Boekdeel 2: Live electronics

Hogeschool Gent : Departement Muziek & Drama

Spierspanningen zijn de elektrische potentiaalverschillen die meetbaar zijn in de spierbundels en die in funktie staan van de kontraktiespanning van de betreffende spier.

De grootteorde van deze spanningen bedraagt 300microvolt piek tot piek. (100 microvolt-3mV piek). De techniek en de apparatuur waarmee dergelijke spanningen worden gemeten en in kaart gebracht noemt men de elektromyografie (EMG).

De relevante bandbreedte voor spierspanningssignalen ligt tussen 20 en 500Hz. Niet alle spierspanningen kunnen op het huidoppervlak worden gemeten. In die gevallen worden subkutane elektroden toegepast: platina naalden die door de huid tot in de te meten spierbundel worden ingebracht.

Ingang: gebruik wordt gemaakt van een 5-polige CANNON konnektor. De te gebruiken kabel die het toestel met de elektroden verbindt moet dubbel geisoleerd zijn: 2 afgeschermde aders (de afschermingen van de aders moeten onderling geisoleerd zijn!) binnen een geisoleerde globale mantelafscherming.

Pinning:

De in kombinatie met deze versterker te gebruiken elektroden noemt men ‘microelektroden’ omdat het gaat om uiterst fijne puntelektroden (ook wel naalden) die elektrisch gezien erg hoogohmig zijn. De elektrodes zoals we die gebruikten voor brainwave-versterkers zijn hier strikt genomen niet bruikbaar: zij globalizeren de opgemeten spierspanningen teveel. Wie per se met ortodoxe elektrodes aan de slag wil kan ik alleen maar aanraden een vriend of vriendin in een hospitaal te versieren. Gebruikte elektrodes worden vaak weggegooid, maar zijn -na deugdelijke sterilisatie- wel opnieuw te gebruiken.

Schakel het toestel aan met de speciale ingangsdummy-belastingsweerstand) en wacht 5 minuten (opwarmingstijd).

Om de versterker af te regelen heb je een oscilloskoop nodig. Deze wordt aangesloten op de BNC-plug achteraan op het toestel. Stel de vertikale gevoeligheid in op 5V per verdeling. De tijdbazis wordt ingesteld op 50ms.

Met de tweede potmeter op het frontpaneel en met aangesloten elektroden wordt nu de gelijkspanningsoffset afgeregeld op 0V. (verhoog de gevoeligheid van de skoop geleidelijk). Vervolgens wordt de common-mode rejektion met de eerste meerslagspotentiometer afgeregeld op een zo gering mogelijke netspanningsinterferentie (50Hz). Deze regeling beinvloedt de DC-offset instelling zodat je ook hier eventueel zult moeten bijregelen.

Met de derde meerslagspotentiometer wordt de versterkingsfaktor van de versterker ingesteld.

Elke afregeling is specifiek voor en alleen geldig in kombinatie met een welbepaalde elektrode-kabel kombinatie. Wanneer een nieuwe of andere kabel wordt ingezet, moeten ook de multiturn-potmeters waarmee het potentiaal op de guard-elektroden (de mantelafscherming rond de elektrrodeaders) wordt ingesteld, opnieuw afgeregeld worden. Deze trimpots bevinden zich in het toestel. Het bovenpaneel van de kast moet daarvoor opengemaakt worden.

De gebalanceerde XLR uitgang op het frontpaneel geeft het AC-signaal weer, terwijl de 6.3mm (1/4") mono-jack ernaast het DC-gekoppeld signaal (assymetrisch) geeft. De gebalanceerde uitgang maakt gebruik van transformatorkoppeling zodat een goede galvanische scheiding met verder aangesloten apparatuur is gegarandeerd. De tweede 6.3mm jack levert een puls-signaal afkomstig van een nuldoorgangsdetektor opgebouwd met een komparator.

De twee schakelaars op het frontpaneel schakelen low-pass filters in. Een eerste filter heeft een kantelpunt op 31Hz, het tweede op 6.7Hz. Worden beide filters ingeschakeld, dan ligt het -3dB punt op 5.6Hz.

Wanneer geen filters ingeschakeld worden dan is de afsnijfrekwentie een funktie van de versterkingsfaktor. Wanneer deze op de minimale waarde wordt ingesteld, ligt het -3dB punt op 25Hz, op de maximale waarde ligt dit punt op 10kHz.

Hoewel in de voeding gebruik wordt gemaakt van een reglementaire scheidingstransformator, is het gebruik van gewone netstroom uit den boze! Betrek de 220V spanning dus uit een deugdelijke scheidingstransformator.

Het massa-kontakt van de voedingsplug is intern in het toestel niet aangesloten.

Geef nooit elektroden door van de ene naar de andere persoon. Ga je subkutaan experimenteren, doe het dan uitsluitend op jezelf! Het doorgeven van elektroden aan anderen kan besmettingsgevaar opleveren (o.m. AIDS) net zoals dat het geval is voor injektienaalden. Reinig (ontvet) en ontsmet steeds de plek waar je een elektrode wil aanbrengen. Medische gedenatureerde alkohol voldoet uitstekend.

Maak voor elke persoon een eigen elektrodekabel en voorzie deze van een naam-label.

Voer NOOIT metingen uit aan oudere personen, zieken, personen met pacemakers, hartproblemen, kankerlijders, personen met huidaandoeningen...

De hier beschreven instrumentatieversterker kan ook voor het opnemen van elektrokardiogramsignalen (hartslag, ECG) gebruikt worden. Vergeet immers niet dat ook ons hart in feite niets anders is dan een spier. Deze signalen zijn wel aanzienlijk groter dan myoelektrische signalen zoals we die kunnen meten in biceps en vingers en kunnen tot 5mV groot zijn. De elektrodeplaatsing is alsvolgt:

• 1e elektrode: linkerhandpalm
• 2e elektrode: rechterhandpalm
• referentieelektrode: rond de linkerenkel.

De impedantie tussen de elektroden moet hier aanzienlijk lager zijn dan in het vorige geval: 5kOhm volstaat. Deze impedantie is gemeten tussen de elektroden onderling en tussen de elektroden en de referentie.

De grondfrekwentie van het ECG-signaal komt hier overeen met de hartslag zelf (ca.0.8Hz). De harmonischen reiken tot 100Hz.

Wanneer de impedanties tussen de elektrodes onderling en tussen de elektrodes en de referentie-elektrode niet binnen redelijke grenzen gelijk zijn, dan zal de versterker niet af te regelen zijn. Het uitgangssignaal vertoont dan een sterke gelijkspanningsdrift en gaat vaak tegen de positieve of negatieve voedingsspanning hangen. (cfr. skoop in DC-bereik). Ook zonder gebruik te maken van een skoop kan je dit konstateren aan het feit dat in dit geval geen ruis op de uitgang hoorbaar is.

Ook wanneer de elektroden op de huid kunnen bewegen of wanneer -bij EEG- of ECG-elekrodes- de geleidende zalf onder de plakker door lekt, zal je met dit probleem te maken krijgen. Dit is trouwens de reden waarom in medische toepassingen het te meten subjekt steeds vlak op een observatietafel wordt gelegd en uitdrukkelijk niet mag bewegen.

Voor sommige metingen moet de ingangsimpedantie verlaagd worden. Gebruik 3 precizieweerstanden (0.1%) van bvb. 100kOhm en soldeer ze in de 5-polige XLR-plug tussen de afscherming en de beide aders evenals tussen de aders onderling.

De ingangen zijn niet beschermd tegen te grote ingangsstromen. Gebruik de meetversterker dan ook NOOIT voor andere doeleinden dan voor die waarvoor hij werd ontworpen! Het ontwerp maakt gebruik van hoge preciziekomponenten en is dan ook bepaald niet goedkoop.

Het hier beschreven toestel dient uitsluitend voor artistieke en pedagogische demonstratie-doeleinden en mag in geen geval als medisch toestel worden gebruikt. Er mogen uit de metingen geen besluiten worden afgeleid met betrekking tot de fyzieke toestand van enige persoon.