Электрическая схема цветомузыки. Цветомузыка своими руками: схема простейшей акустической цветомузыки с микрофоном и светодиодами

ЦВЕТОМУЗЫКАЛЬНАЯ ПРИСТАВКА «СПЕКТР-10»

Приставка «Спектр-10» служит для цветового сопровождения звука, воспроизводимого с грампластинки или магнитной ленты, работает совместно с магнитофонами н электрофонами всех моделей. В усилительном тракте приставки сигнал разделяется на три частотные полосы. От сформированных трех сигналов идет управление свечением трех групп ламп накаливания, на которые надеты светофильтры из цветного стекла — красные иа нижний ряд, зеленые—на средний и синие — на верхний. Свет ламп проходит через общий рассенватель, и цвета смешиваются. Чтобы рельефнее проявились цветовые оттеики, приставку следует устанавливать в наименее освещенном углу комнаты.

Принципиальная электрическая схема цве-томузыкальной приставки «Спектр-10> приведена на рис. 1. Сигнал от магнитофона или электрофона через соединительный шнур и входной разъем X1 подается на предварительный усилитель, собранный на четырех транзисторах V1…V4. При этом каскад на транзисторе V2 является усилителем с нагрузкой в цепи коллектора, остальные каскады выполнены по схеме эмнттерного повторителя. Чувствительность всей приставки (изменение диапазона цветов) регулируется резистором R3, ось которого выведена наружу (заводская регулировка иа установленную чувствительность 250 мВ).

Рис. 1. Схема цветомузыкальной приставки «Спектр-10».

Далее через разделительный трансформатор 77 сигнал поступает иа три активных полосовых фильтра, собранные на транзисторах V6, V7, V8 и V10. Сформированные три сигнала детектируются (V11, R44, С28; V12, R45, С29; V13, R46, С30). Затем через переменные

резисторы R36, R39 и R42 сигналы подаются на входы ключевых каскадов, выполненных на транзисторах V14, V15 н V16. Параллельно коллекторным цепям этих транзисторов включены управляющие электроды тиристоров V26, V27 и V28. Таким образом, три сигнала управляют открытием тиристоров. В разрыв анодной цепи каждого из них включена параллельно соединенная группа из трех ламп накаливания (Н1~.Н9). Тнрнсторы управляют яркостью свечения этих ламп в зависимости от частоты и амплитуды входного сигнала, чем н создается цветовая гамма. Среднюю яркость

свечения каждой группы ламп накаливания можно установить с помощью резисторов R36, R39 и R42.

Десятая лампа накаливания НЮ—белая. Яркость ее света зависит от проводимости тиристора V29, угол открытия которого может быть выбран резистором R54, н от общего сигнала, поданного с отдельной обмотки трансформатора Т2 в протнвофазе относительно управления лампами Н1…Н9.

Разъем Х2 включается в сеть. Приставка потребляет не более 100 Вт, ее чуветвительность по входу не менее 100 мВ.

Схема цветного органа · Алекса Джейкоб

Для нашего последнего проекта в этом семестре мы с моим другом Натаниэлем построили цветной орган, мультисенсорное устройство, которое производит световое шоу, связанное с музыкой или звуком. 5).

Мы сделали это полностью с использованием аналоговой схемы, преобразуя входной аудиосигнал в светодиодную подсветку, соответствующую полосе частот сигнала. Основные функции включают в себя регулировку громкости, реализованную с помощью операционного усилителя, который позволяет пользователю регулировать громкость выходного сигнала, и ряд активных полосовых фильтров, разделяющих звук на три полосы: низкие, средние и высокие частоты.

Блок-схема

Блок-схема SSSSS

Есть четыре основных компонента: входной сигнал, усиление, фильтрация и выход. Входной сигнал подавался с помощью 3,5-мм стереоразъема (чтобы можно было воспроизвести песню на телефоне или компьютере). Для получения выходного светодиодного дисплея сигнал был усилен транзисторным усилителем и отфильтрован на различные композиционные частоты с помощью полосовых фильтров. В зависимости от фильтра сигнал направлялся либо на красные светодиоды (низкие частоты), либо на желтые светодиоды (средние частоты), либо на зеленые светодиоды (высокие частоты) для отображения. Цветной орган требует, чтобы у пользователя был полный опыт прослушивания музыки в дополнение к наблюдению за мигающими светодиодными огнями, поэтому сигнал также был отправлен на динамик. Также был реализован регулятор громкости, чтобы пользователь мог регулировать уровень громкости по своему усмотрению. 95 Схема

Аудиосигналы обычно имеют очень малую амплитуду, и усиление сигналов гарантирует, что они могут быть адекватно восприняты на более поздних этапах проектирования. Одного усилителя оказалось недостаточно, поэтому был добавлен второй усилительный каскад. Для предотвращения эффектов загрузки между этапами использовался буфер в конфигурации эмиттерного повторителя. Операционный усилитель мог бы дать более качественный усилитель (более линейный и с более высоким коэффициентом усиления), но нам не хватило этого компонента. Транзисторы Дарлингтона могут заменить один из транзисторов для еще большего усиления и упрощения конструкции. Но эта конфигурация достаточно хороша.

Транзисторный усилительный каскад

Мы использовали общий эмиттер с топологией вырождения из-за его высокого коэффициента усиления и благоприятного выходного импеданса. Блокировочный конденсатор постоянного тока был подключен к сигналу для предотвращения нагрузки, а два резистора смещения использовались для поддержания рабочей точки постоянного тока 5 вольт на базе. Для улучшения линейности усиления в широком диапазоне звуковых частот была выбрана схема, использующая дегенерацию. Хотя вырождение снижает усиление, оно позволяет улучшить входной импеданс и линейность усиления, особенно для более высоких частот. 2Н39Транзистор 04 был выбран из-за его доступности и высокого коэффициента усиления Бета. Коэффициент усиления одного усилителя с общим эмиттером с вырождением рассчитывался следующим образом:

$A_v=\frac{-\beta R_C}{r_\pi + R_E(\beta+1)}=5$

результирующее усиление равно 25, что позволяет значительно увеличить усиление. Между каждым усилителем и буферным каскадом к выходу был добавлен блокировочный конденсатор, чтобы устранить любое смещение по постоянному току. Между последним каскадом усилителя и фильтрами был добавлен дополнительный буфер, чтобы предотвратить дальнейшие эффекты нагрузки.

Затем усиленный сигнал нужно было отфильтровать в одном из трех диапазонов: низкочастотный, среднечастотный и высокочастотный. Операционные усилители использовались для изготовления активных полосовых фильтров. Активные фильтры, как правило, более чувствительны и имеют более узкую полосу пропускания, чем пассивные фильтры, что было ценно, поскольку диапазоны частот были небольшими. Используемая нами топология жестко контролировала полосу пропускания по сравнению с более простыми топологиями. Наряду с расчетами коэффициента усиления мы использовали программу MATLAB для выбора номиналов резисторов и конденсаторов.

Реализованный фильтр

Затем отфильтрованный сигнал отправляется на светодиоды для отображения. Если сигнал прошел через фильтр низких частот, он поступает на красный светодиод; для средней частоты посылается на желтый светодиод; а высокие частоты отправляются на зеленые светодиоды.

Поскольку светодиод представляет собой диод, его прямое напряжение «включено» составляет примерно 0,6 вольт. Если сигнал не проходит через полосовой фильтр, то его максимальное напряжение наверняка будет меньше 0,6 вольта — следовательно, светодиод не активен, и светиться он не будет. Сигналы, которые проходят через полосовой фильтр, достаточно велики, чтобы активировать светодиод (амплитуда больше 1,2 В), и поэтому будут представлены.

Передача выходного сигнала непосредственно на светодиод возможна, поскольку операционный усилитель имеет очень низкий выходной импеданс — идеальный выходной импеданс операционного усилителя равен нулю. Последовательный резистор добавлен для защиты светодиода от перегрузки по току. Светодиоды не ограничены частотами в звуковом диапазоне, а это означает, что они смогут включаться и выключаться вместе с входным сигналом. Это позволяет огням мигать буквально в такт музыке. Однако, учитывая, что человеческий глаз может обрабатывать только около 60 кадров в секунду, мигание будет настолько быстрым, что пользователь не заметит, а просто увидит постоянно горящую лампочку.

Я понимаю, что управлять светодиодом звуковым сигналом — плохая практика. Если бы у меня было больше времени, я бы, вероятно, разработал схему, в которой транзистор используется в качестве переключателя для включения светодиода, что сделало бы схему более надежной, поскольку вы можно настроить пороговое значение в зависимости от характеристик транзистора.

Регулятор громкости также был добавлен для оптимизации звучания. Инвертирующий усилитель был реализован с использованием операционного усилителя с потенциометром в качестве резистора обратной связи Rf.

Конфигурация инвертирующего усилителя с использованием операционного усилителя

Уравнение усиления для такого инвертирующего усилителя:

$A_v=-\frac{Rf}{Rin}$

синусоиду, усилитель производит фазовый сдвиг на 180 градусов, что не влияет на окончательный выходной сигнал. Однако использование инвертирующего усилителя позволяет изменять Rf до нуля с помощью потенциометра, что означает, что система может быть отключена. Неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления всегда больше единицы не допускал бы приглушения или более низкой громкости, чем на входе. Активный усилитель был выбран из-за его высокого коэффициента усиления, линейности и низкого выходного сопротивления. Было доступно только четыре операционных усилителя LF411; с тремя, используемыми для полосовых фильтров, это было самое важное место для использования последнего операционного усилителя.

Операционный усилитель LF411 не смог обеспечить ток, достаточный для питания динамика 8𝛺. Буфер push/pull был включен в выходной каскад для управления динамиком. Во избежание перекрестных искажений обратная связь в инвертирующем усилителе была подключена к выходу двухтактного буфера, а не к выходу операционного усилителя.

Моделирование

Усилитель неинвертирующий, так как каждый каскад с общим эмиттером является инвертирующим. При входном синусоидальном сигнале 100 мВ от пика до пика выходной сигнал усилителя обеспечивает амплитуду 3,2 В от пика до пика или коэффициент усиления 32. Это обеспечивает достаточное усиление аудиосигналов низкого напряжения, чтобы ими можно было управлять в цвете. усилитель позже.

Вход усилителя (зеленый) и выход (синий)

После того, как каждый аудиосигнал усилен, он проходит через три полосовых фильтра, которые разделяют сигнал на три частотных диапазона: низкий, средний и высокий. Усиление каждого полосового фильтра измерялось с помощью инструмента анализа переменного тока LTSpice.

Результаты анализа переменного тока для низкочастотного полосового фильтра. Центральная частота: 318 Гц. Наибольшее усиление от 250 до 400 Гц.

Результаты анализа переменного тока для среднечастотного полосового фильтра.

Результаты анализа переменного тока для высокочастотного полосового фильтра. (Усиление для высокочастотного фильтра не так велико, как для низкочастотного и среднечастотного фильтров, что остается проблемой.)

На первый взгляд кажется, что изначально присутствует частота биений, которая серьезно влияет на характеристики схемы при изменении амплитуда.

Кажущаяся частота биений на выходе полосового фильтра

Мы проверили это, увеличив частоту входной синусоидальной волны, как показано на схеме ниже, которая имитирует последовательность различных частот или нот в музыкальном произведении.

Оказывается, переходный процесс возникает только при запуске, в течение очень короткого и незначительного промежутка времени, а не при смене частот. В результате общая производительность схемы не пострадает.

Результат теста с входной последовательностью синусоидального сигнала

Сконструированное устройство

Устройство было сконструировано на одной макетной плате

Активные компоненты встроенной схемы

Соответствие светового и частотного диапазонов встроенной цепи

Circuit I/O

Для того, чтобы получить звуковой сигнал от ноутбука в схему, мы модифицировали старый кабель для наушников. Кабель вставлялся в аудиоразъем на ноутбуке, и планировалось припаять одножильные провода к проводам в кабеле и соединить одножильные провода с макетной платой. Это было сложно, так как провода были покрыты эмалью и их нужно было оплавить с помощью паяльника (не пытайтесь повторить это дома…).

Полосовые фильтры

Разработка точных полосовых фильтров была сложной задачей. Как обсуждалось ранее, топология фильтра была выбрана для достижения более узкой полосы пропускания. Входные резисторы R1 и R2 были выбраны так, чтобы R1 был немного больше, чем R2, а резистор R3 был выбран очень большим. Центральную частоту такого фильтра можно рассчитать как:

$f_r=\frac{1}{2\pi\sqrt{R3(R1 // R2)C1C2}}$

И R1, R2 и R3 были выбраны соответственно и настроены на основе моделирования.

Там, где это было возможно, для простоты C1 и C2 были установлены одинаковые значения, но это было возможно только для низких и средних частот. Для высокой частоты использование рассчитанного значения привело бы к фильтру верхних частот с линейной зависимостью между частотой и усилением, а не к полосовому фильтру. В результате значения для C1 и C2 были дифференцированы и выбраны с помощью моделирования — C1 был выбран равным 10 нФ, а C2 560 пФ.

Выбор запчастей

Доступность запчастей была затруднена. Мы получили набор компонентов (поскольку класс был виртуальным), но в нем было только около четверти конденсаторов, перечисленных в сводке деталей, что сделало бы нашу конструкцию невозможной, даже после внесения правок, чтобы отразить детали, которые были на самом деле. в комплекте. К счастью, Натаниэль смог подобрать дополнительные конденсаторы у своего школьного учителя электроники. Было предоставлено только четыре операционных усилителя, и их лучше всего использовать для активных полосовых фильтров и регулятора громкости. Хотя в сводке деталей набора указано четыре LM411, было только три LM411 и один LM741. LM741, впервые разработанный и изготовленный в 1968 устарел, потому что современные операционные усилители имеют лучшие характеристики. Чтобы предотвратить любые расхождения между фильтрами, LM411 использовались для полосовых фильтров, что требует большей точности, чем регулировка громкости, для которой использовался LM741. Если бы было доступно больше операционных усилителей, транзисторный усилитель можно было бы заменить, что улучшило бы характеристики схемы из-за линейности и высокого коэффициента усиления усилителей на операционных усилителях.

Целостность блока питания

Наконец, в процессе сборки выяснилось, что динамик воспроизводит звук с искажениями, причем непонятно, почему возникают искажения. Добавление развязывающего конденсатора между землей и Vdd и землей и Vss решило эту проблему, и схема была обновлена, чтобы отразить это изменение.

В заключение

Этот проект был интересен тем, что мы смогли соединить концепции ЭО, которые мы изучили в классе, с визуализацией звука. Мы успешно внедрили частотно-селективное освещение и регулятор громкости, несмотря на ограничения на детали (как преднамеренные, такие как ограниченное количество операционных усилителей, так и непреднамеренные, такие как отсутствующие конденсаторы), и успешно сконструировали адаптер, позволяющий цветному органу играть. музыку с любого устройства, имеющего стандартный разъем для наушников.

Что дальше? Теперь, когда мы знаем, что схема работает, было бы неплохо спроектировать и разложить несколько печатных плат (и подарить их?). Сборка схемы на печатной плате более стабильна, чем на макетной плате, поскольку она избавляет от множества неисправных соединений и паразитной емкости. Светодиоды для каждого диапазона также могут быть более настроены в отношении усиления, чтобы выровнять количество времени, в течение которого каждый светодиод горит — низкие частоты очень распространены в музыке, а высокие частоты — не так много.

Более сложный цветной орган может также обеспечивать различные эффекты мерцания света, например, путем изменения громкости или продолжительности с помощью широтно-импульсной модуляции в сочетании с программной платой Arduino или таймером 555, позволяющим свету постепенно появляться и гаснуть в определенный момент времени. начало и конец нот в привлекательной форме.

Видео

И поскольку вы дошли до конца, вам, наверное, интересно, как это выглядит! Видео здесь:

https://youtu. be/z6yldUKYbNA

аудио — Простейшая схема, которая мигает и гаснет цветными светодиодами, синхронизированными с музыкой?

спросил 10 лет, 3 месяца назад

Изменено 5 лет, 7 месяцев назад

Просмотрено 8к раз

\$\начало группы\$

Речь идет о разработке схемы, которая может максимально просто управлять несколькими светодиодами, синхронизированными с музыкой или звуком. Я ищу некоторые концептуальные идеи для начала, а не полную схему или что-то в этом роде.

Мой вопрос навеян этим видео на YouTube (теперь это каблуки, за которые можно убивать!)

Я прочитал вопрос Вспышка светодиода под музыку но это не относится к таким требованиям, как эти туфли.

Я понимаю, что есть много разных и все более сложных способов достижения желаемого результата, но я ищу самый простой подход, пусть даже не самый дешевый и не самый точный. Кроме того, я не ищу готовую пару обуви, в которой это есть (хотя, если они есть, было бы интересно узнать о них).

• светодиод
• аудио
• носимый

\$\конечная группа\$

6

\$\начало группы\$

Зависит от того, что вы понимаете под простым. Ответ @Tcrosely дает хороший пример, простой пассивный цветной орган, все части которого можно найти через отверстие. Использование пар резистор/конденсатор в качестве полосовых фильтров.

Или вы можете подумать, что решение с микроконтроллером проще. Что можно сделать тремя способами.

Полностью в программном обеспечении (библиотеки БПФ для Arduinos/MSP430/Pics), используя другой чип для захвата звука и преобразования его в цифровую информацию, которую вы можете использовать (микроконтроллер MSGEQ7 + является популярной версией этого), или специальные чипы (Все сделать три полосы, низкие/средние/высокие частоты, с регулируемыми точками пересечения или рандомизацией светодиодов)

TI/NatSemi LM4970 (наиболее «любимый», «дружественный» пакет) или другие в их семействе Boomer (действительно малый СМД). LM4970 нужно включать только по i2c от микроконтроллера, в то время как некоторые чипы Boomer имеют режим автоматического включения. AS3665 и AS3668 от AMS, оба имеют режим автоматической синхронизации звука. ISSI IS31FL3193, IS31FL3196 и IS31FL3199. То же, что и LM4970, требует простой команды i2c.

Простота зависит от вашего опыта и от того, насколько легко вы сможете получить детали. Для метода выделенного чипа потребуется гораздо меньше деталей или места на плате, чем для цветного органа с пассивным компонентом, и он может питаться от более низкого напряжения.

\$\конечная группа\$

7

\$\начало группы\$

То, что вы ищете, называется «цветной орган». Я кое-что поискал в сети, но в большинстве схем использовалась комбинация операционных усилителей и драйверов, и они были слишком сложными (IMO) для ваших нужд. Но я нашел следующий, который кажется достаточно простым:

Он предназначен для работы от 9-вольтовой батареи, но, возможно, вы могли бы использовать три батарейки типа «таблетка» на 3 В последовательно. Он также предназначен для приема данных с MP3-плеера, такого как iPod; для использования с электретным микрофоном автор рекомендует микрофон с предусилителем, подобным этому:

Он работает от 2,7 до 5,5 В, поэтому вы можете подключить его к первой 3-вольтовой батарейке-таблетке.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Для реализации концептуальных идей:

• Вам нужен очень простой и маленький микрофон, для этого подойдет электретный микрофон.
• Небольшой источник питания, например, батарейка-таблетка или две.
• Пара транзисторов и светодиоды
• Некоторая базовая фильтрация, которая направляет, например. низкие частоты для одного цветного светодиода и более высокие частоты для другого (у вас может быть много фильтров, если вы хотите больше светодиодов)

Это можно было бы сделать полностью простым аналоговым способом, но вы также можете подумать о небольшом микроконтроллере, таком как PIC12F — это дало бы вам гораздо больше гибкости с такими вещами, как шаблоны мигания светодиодов, возможное изменение между синхронизированными процедурами, реакция на общие уровни амплитуды / пробелы в музыке и т.д.

Это был бы забавный проект для начинающих для микротроллера.

Если вам нужно меньше «концепции» и больше схемы, дайте нам знать, и я уверен, что вы получите несколько хороших идей, из которых сможете выбирать.

Я посмотрел видео, и, честно говоря, я не был слишком впечатлен частью синхронизации (я думаю, что это можно было бы значительно улучшить — фиолетовый светодиод, похоже, не слишком много делал), хотя свет, несомненно, выглядел круто. .

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Все, что я когда-либо видел, «синхронизировано с музыкой», будь то мигающий светодиод, танцующий цветок или плагины визуализации в Winamp, кажется мне не более чем случайным.