Фильтры для цветомузыки схемы. Фильтры для цветомузыки: как создать эффектную световую систему своими руками

alexxlabСхем
Как работают фильтры для цветомузыки. Какие схемы можно использовать для создания цветомузыкальной установки. Какие компоненты потребуются для сборки цветомузыки своими руками. Как настроить и откалибровать фильтры цветомузыки для лучшего эффекта.

Содержание

Принцип работы фильтров для цветомузыки

Фильтры для цветомузыки являются ключевым элементом любой цветомузыкальной установки. Их основная задача — разделить входной аудиосигнал на несколько частотных диапазонов, чтобы управлять разными цветовыми каналами в зависимости от частоты звука. Как это работает?

Типичная схема цветомузыки включает в себя следующие основные элементы:

  • Входной усилитель для аудиосигнала
  • Несколько полосовых фильтров (обычно 3-5) для разделения сигнала по частотам
  • Выходные ключи для управления лампами или светодиодами
  • Блок питания

Входной аудиосигнал подается на полосовые фильтры. Каждый фильтр настроен на определенный диапазон частот, например:


  • Низкие частоты: 20-200 Гц
  • Средние частоты: 200-2000 Гц
  • Высокие частоты: 2000-20000 Гц

Когда на вход поступает сигнал с частотой, попадающей в полосу пропускания фильтра, на его выходе появляется напряжение. Оно открывает соответствующий выходной ключ, включая лампу или светодиод определенного цвета.

Популярные схемы фильтров для цветомузыки

Существует множество схем построения фильтров для цветомузыки. Рассмотрим несколько популярных вариантов:

1. Фильтры на операционных усилителях

Это классический вариант, использующий активные RC-фильтры на основе операционных усилителей. Преимущества — простота, низкая стоимость компонентов. Недостатки — необходимость двухполярного питания, сложность точной настройки.

2. Фильтры на специализированных микросхемах

Применяются микросхемы активных фильтров, например, LM567. Плюсы — компактность, стабильность параметров. Минусы — более высокая стоимость, меньшая гибкость настройки.

3. Цифровые фильтры на микроконтроллерах

Современное решение с использованием быстрого преобразования Фурье. Преимущества — широкие возможности настройки, программное управление. Недостатки — сложность реализации, необходимость программирования.


Компоненты для сборки цветомузыки своими руками

Для самостоятельной сборки простой цветомузыкальной установки потребуются следующие компоненты:

  • Микросхемы LM567 (3 шт) — для полосовых фильтров
  • Транзисторы КТ315 (3 шт) — для выходных ключей
  • Резисторы, конденсаторы — для обвязки фильтров
  • Светодиоды или лампы (3 шт) — для световых эффектов
  • Блок питания на 12В
  • Печатная плата, провода, разъемы

Общая стоимость компонентов составит около 500-1000 рублей в зависимости от выбранных светодиодов или ламп.

Настройка и калибровка фильтров цветомузыки

Правильная настройка фильтров критически важна для получения качественного светового эффекта. Как откалибровать цветомузыку?

  1. Подключите на вход генератор звуковых частот
  2. Установите частоту генератора в центр полосы каждого фильтра
  3. Подстроечными резисторами добейтесь максимальной яркости соответствующего светового канала
  4. Проверьте работу на реальном музыкальном сигнале
  5. При необходимости скорректируйте настройки для лучшего эффекта

Правильно настроенная цветомузыка должна обеспечивать плавное изменение яркости световых каналов в такт музыке, без резких вспышек и пропадания света.


Преимущества самодельной цветомузыки

Создание цветомузыкальной установки своими руками имеет ряд преимуществ по сравнению с покупкой готового устройства:

  • Более низкая стоимость
  • Возможность кастомизации под свои нужды
  • Получение опыта в электронике
  • Уникальность готового устройства

При этом важно соблюдать технику безопасности при работе с электричеством и тщательно проверять собранную схему перед подключением к сети.

Современные тенденции в цветомузыке

Хотя пик популярности цветомузыки пришелся на 80-е годы прошлого века, интерес к ней сохраняется и сегодня. Какие современные тенденции можно отметить?

  • Использование светодиодных RGB-лент вместо ламп накаливания
  • Применение микроконтроллеров для более сложных эффектов
  • Интеграция с «умным домом» и управление со смартфона
  • Создание трехмерных световых инсталляций

Эти технологии позволяют создавать более впечатляющие и разнообразные световые шоу, синхронизированные с музыкой.

Области применения цветомузыкальных установок

Где сегодня можно встретить цветомузыку? Основные сферы применения:


  • Домашние вечеринки и дискотеки
  • Небольшие клубы и бары
  • Оформление витрин магазинов
  • Декоративное освещение в интерьере
  • Театральные и концертные постановки

Цветомузыка позволяет создать уникальную атмосферу и усилить эмоциональное воздействие музыки на слушателей.

Заключение

Фильтры для цветомузыки — это интересная область на стыке электроники и искусства. Создание собственной цветомузыкальной установки может стать увлекательным хобби и позволит украсить домашние вечеринки эффектным световым шоу. При этом важно помнить о технике безопасности и правильной настройке устройства для получения максимального эффекта.


Схема трехканальной цветомузыки на микросхемах LM567

Схема самодельной цветомузыки с тремя фильтрами на микросхемах LM567 и с управляющими ключами для ламп на 220В.

Наибольшей популярностью цветомузыкальных установки пользовались в 80-х годах прошлого века. Сейчас о них как-то почти позабыли. И все же, это может быть интересно, особенно если фильтры ЦМУ сделать на относительно современных микросхемах LM567.

Принципиальная схема

На рисунке показана экспериментальная схема ЦМУ. Все как у «типовой» ЦМУ, -три частотных канала, три выходных ключа на оптосимисторах, к которым ветственно подключены три цветных лампы накаливания, или три группы ламп накаливания, включенных параллельно.

Рис. 1. Принципиальная схема трехполосной цветомузыкальной установки.

Главное отличие от типовой схемы в том, что полосовые фильтры выполнены на микросхемах LM567. Микросхемы LM567 являются тональными декодерами с ФАПЧ, они предназначены для работы в системах управления с частотным кодированием и представляют собой активные фильтры с очень узкой полосой захвата ФАПЧ. В данном случае, чтобы перекрыть весь

звуковой диапазон хотя бы от 50 Гц до 12000 Гц натри полосы нужно расширить полосы захвата ФАПЧ микросхем. Полоса захвата ФАПЧ ИМС LM567 зависит от конденсатора на выводе 2, чем его емкость больше, тем уже полоса.

Обычно там несколько мкФ, но здесь емкости этих конденсаторов уменьшены до 0,047 мкФ, в результате полоса захвата очень расширилась, и стала достаточной для использования микросхем LM567 в качестве фильтров в цветомузыкальной установке.

Диапазон входного напряжения ЗЧ на входе ИМС LM567 — 20-200 мВ. при частоте, соответствующей полосе настройки фильтра происходит захват. Если частота входного сигнала лежит в пределах полосы на выходе ИМС LM567 открывается ключ, между выводом 8 и общим минусом питания.

Входной сигнал поступает на разъем Х1, номинальная величина входного напряжения ЗЧ должна быть в районе 100-300 мВ. Это напряжение поступает на три регулятора на переменных резисторах R1, R4, R7.

Этими переменными резисторами в процессе работы устройства устанавливаются оптимальные уровни ЗЧ сигналов по частотным каналам, конкретно для каждого случая воспроизведения, так чтобы получить желаемый эффект.

Значения средних частот полос устанавливаются RC-цепями, подключенными между выводами 5 и 6 микросхем LM567. Подсчитать их можно по формуле:

F = 1/ (1,1*R*C)

F — частота в кГц, R — сопротивление в кОм, С — емкость в мкФ.

Соответственно, центральные частоты выбраны 150 Гц, 900 Гц, и 9000 Гц. При желании, пользуясь вышеуказанной формулой можно выбрать другие центральные частоты полос. При этом можно подбирать не только конденсаторы, но и резисторы (включенные между выводами 5 и 6 ИМС LM567).

Рассмотрим работу на примере низкочастотного канала на А1. Пока сигнала частотой в полосе частот фильтра нет, либо его уровень мал, на выходе, на выводе 8 А1 будет напряжение логической единицы (выходной ключ закрыт). Поэтому ток через светодиод оптопары VS1 не проходит и симистор оптопары остается закрытым. Ток на лампу Н1 не поступает. Лампа не горит.

Если на входе А1 есть напряжение ЗЧ с частотой в полосе частот фильтра, и его уровень достаточен для захвата, на выходе, на выводе 8 А1 будет напряжение логического нуля (выходной ключ открыт).

При этом, через этот ключ поступает ток на светодиод оптопары VS1. Резистор R2 ограничивает ток через светодиод чем исключает перегрузку как выхода микросхемы А1, так и самого светодиода. Поскольку ток на светодиод оптопары поступает, симистор оптопары открывается и через него на лампу Н1 поступает ток. Лампа светит.

Аналогично работают и два других канала, среднечастотный на А2 и высокочастотный на АЗ, разница только в частоте входного напряжения ЗЧ.

Детали и монтаж

Номинальным напряжением питания микросхем LM567 является постоянное напряжение 5V. Здесь не делался какой-то источник питания для микросхем, потому что в качестве такового был взят готовый универсальный компактный импульсный блок питания для зарядки сотовых телефонов.

Использование на выходах оптопар и источника питания с импульсным трансформатором обеспечило развязку схемы фильтров от напряжения электросети. Это позволяет на вход устройства подать сигнал с линейного выхода любой аудиоаппаратуры не опасаясь за её повреждение.

Также исключается и возможность поражения током человека, работающего с данной аппаратурой. Монтаж выполнен на макетной плате.

Снегирев И. РК-04-18.

Литература: 1. Снегирев И. «Цветомузыка на RGB-светодиодной ленте», ж. РК №1, 2016, с. 32-33.

Схема цветомузыки на RGB-светодиодной ленте

Цветомузыка на RGB-светодиодах

Пик популярности цветомузыкальных установок приходится на 80-е годы прошлого века. Сейчас о них как-то почти позабыли. И все же, время не стоит на месте, и есть новые технологии, способные оживить «цветомузыку» в новом виде. Вот, например, трехцветные светодиодные RGB-ленты или гирлянды, они могут быть значительной длины и работать даже как осветительный прибор. Только, управляются они обычно по программе, как ёлочные гирлянды или реклама, ну или можно менять с их помощью цвет освещения в помещении. А если все это будет завязано на музыку? Представьте, экран ЦМУ размером с потолок! Но для этого нужно соответствующее устройство управления.

На рисунке показана экспериментальная схема ЦМУ, работающая с RGB-свето-диодной лентой или гирляндой. Все как у «типовой» ЦМУ, — три частотных канала, три выходных ключа, к которым соответственно подключены три цвета RGB-светодиодной ленты (или гирлянды).
Схема полосовых фильтров выполнена на микросхемах LM567.

Микросхемы LM567 являются тональными декодерами с ФАПЧ, они предназначены для работы в системах управления с частотным кодирование и представляют собой активные фильтры с очень узкой полосой захвата ФАПЧ. В данном случае, чтобы перекрыть весь звуковой диапазон хотя бы от 50 Гц до 12000 Гц на три полосы нужно расширить полосы захвата ФАПЧ микросхем. Полоса захвата ФАПЧ ИМС LM567 зависит от конденсатора на выводе 2, чем его емкость больше, тем уже полоса. Обычно там несколько мкФ, но здесь емкости этих конденсаторов уменьшены до 0,047 мкФ, в результате полоса захвата очень расширилась, и стала достаточной для использования микросхем LM567 в качестве фильтров в цветомузыкальной установке.

Диапазон входного напряжения ЗЧ на входе ИМС LM567 — 20-200 мВ, при частоте, соответствующей полосе настройки фильтра происходит захват. Если частота входного сигнала лежит в пределах полосы на выходе ИМС LM567 открывается ключ, между выводом 8 и общим минусом питания.

Входной сигнал поступает на разъем Х1, номинальная величина входного напряжения ЗЧ должна быть в районе 100-300 мВ. Это напряжение поступает на три регулятора на переменных резисторах R1, R6, R11. Этими переменными резисторами в процессе работы устройства устанавливаются оптимальные уровни ЗЧ сигналов по частотным каналам, конкретно для каждого случая воспроизведения, так чтобы получить желаемый эффект.

Значения средних частот полос устанавливаются RC-цепями, подключенными между выводами 5 и 6 микросхем LM567. Подсчитать их можно по формуле:

F = 1/ (1,1*R*C)

F — частота в кГц, R — сопротивление в кОм, С — емкость в мкФ.

Соответственно, центральные частоты выбраны 150 Гц, 900 Гц, и 9000 Гц. При желании, пользуясь вышеуказанной формулой можно выбрать другие центральные частоты полос. При этом можно подбирать не только конденсаторы, но и резисторы (включенные между выводами 5 и 6 ИМС LM567).

Рассмотрим работу на примере низкочастотного канала на А1. Пока сигнала частотой в полосе частот фильтра нет, либо его уровень мал, на выходе, на выводе 8 А1 будет напряжение логической единицы (выходной ключ закрыт, выход подтянут к плюсу питания через резистор R2). На элементах D1.1-D1.2 выполнен триггер Шмитта, его выходом является выход элемента D1.1, поэтому когда на выходе А1 единица, на выходе D1.1 имеется логический ноль. Ключ на полевом мощном транзисторе VT1 закрыт и питание на R-часть светодиодной RGB-ленты не поступает.
Если на входе А1 есть напряжение ЗЧ с частотой в полосе частот фильтра, и его уровень достаточен для захвата, на выходе, на выводе 8 А1 будет напряжение логического нуля (выходной ключ открыт). На выходе D1.1 при этом — логическая единица. Транзистор VT1 открывается и включает питание R-части светодиодной RGB-ленты.

Аналогично работают и два других канала, среднечастотный на А2 и высокочастотный на А3, разница только в частоте входного напряжения ЗЧ.

В принципе, затворы полевых ключевых транзисторов можно и непосредственно подключить к выходам LM567, но, во-первых, схема будет работать наоброт, то есть, когда сигнала нет светодиодная лента будет гореть, а когда есть, — гаснуть. И во-вторых, транзисторы будут перегреваться, потому что будет затянут во времени процесс их открывания, и существенное время они будут находиться в среднем состоянии, когда на канале падает значительное напряжение, и мощность. Триггер Шмитта устраняет эти проблемы.
Монтаж выполнен на макетной плате.

Снегирев И.
Источник: Журнал Радиоконструктор №1-2016