Analizator widma dźwięku (miernik VU): 6 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Czym jest muzyka? Z technicznego punktu widzenia muzyka jest zasadniczo sygnałem o zmiennym napięciu i częstotliwości. Audio Spectrum Analyzer to urządzenie, które pokazuje poziom napięcia o określonej częstotliwości. Jest to instrument używany głównie w miejscach takich jak studia nagraniowe do analizy dźwięku.

Chociaż jest to instrument, fajnie jest patrzeć na tańczące światła i jest to świetny sposób na wizualizację muzyki. Kilka lat temu zrobiłem mniejszą wersję z dwiema kolumnami na płytce prototypowej. Dużo lutowania i kompletny bałagan! Tym razem zależało mi na tym, żeby było schludnie i schludnie oraz uczta dla oczu.

Zacznijmy

Kieszonkowe dzieci

Dla jednej kolumny:

5x LM324 poczwórny układ scalony wzmacniacza operacyjnego

20x zielone diody LED

Rezystor 20x 100 omów

Rezystor 20x 10k

1x rezystor 59k

1x Rezystor 270 k

1x tranzystor NPN 2N2222

Kondensator 1x10 uF;

Krok 1: wzmacniacz operacyjny jako komparator

Nie będę wyjaśniał działania wzmacniacza operacyjnego, raczej zobaczymy jedną z jego aplikacji. Na YouTube jest mnóstwo dobrych filmów wyjaśniających działanie wzmacniacza operacyjnego.

Wzmacniacz operacyjny to 3 urządzenie końcowe.

1. Sworzeń nieodwracający (+)
2. Kołek odwracający (-)
3. Wyjście

Do porównania dwóch napięć użyjemy wzmacniacza operacyjnego. Napięcie Vin na bolcu odwracającym (-) jest porównywane z napięciem Vref na bolcu nieodwracającym (+).

Zbudujmy obwód, aby to zademonstrować. W tym przykładzie użyto LM324 IC, który jest poczwórnym wzmacniaczem operacyjnym. Napięcie odniesienia Vref wynoszące 2,5 V jest dostarczane na pinie (+) za pomocą obwodu dzielnika napięcia, a napięcie Vin na pinie (-) jest zmieniane za pomocą potencjometru. Do wyjścia podłączona jest dioda LED. Gdy Vin 2.5V, wyjście staje się wysokie i dioda LED włącza się.

Skalujmy ten obwód za pomocą czterech wzmacniaczy operacyjnych. Obwód dzielnika napięcia służy do dostarczania napięcia odniesienia (1 V, 2 V, 3 V i 4 V) do każdego wzmacniacza operacyjnego. (-) pin wszystkich wzmacniaczy operacyjnych są ze sobą połączone. Gdy napięcie na styku (-) staje się większe niż 1 V, wyjście pierwszego wzmacniacza operacyjnego staje się wysokie. Ponieważ 1 V jest mniejsze niż napięcia odniesienia innych wzmacniaczy operacyjnych, ich wyjścia pozostają niskie. Wraz ze wzrostem napięcia diody LED zapalają się jedna po drugiej.

Stosując tę samą zasadę, ale z większą liczbą wzmacniaczy operacyjnych, możemy zbudować Analizator Widma Dźwięku, ponieważ muzyka to nic innego jak sygnał o zmiennym napięciu.

Krok 2: Plan

Sygnał audio prosto z telefonu wystarcza tylko do zasilania słuchawek. Musimy zwiększyć amplitudę za pomocą wzmacniacza audio. Będę używał głośnika bluetooth, ponieważ ma on wbudowany wzmacniacz audio.

Muzyka to mieszanka różnych częstotliwości. W żadnym wypadku nie jestem ekspertem od dźwięku. Szybkie wyszukiwanie w Google dało następujące wyniki:

Sub-bas od 20 do 60 Hz

Bas od 60 do 250 Hz

500 Hz do 2 kHz średniotonowy

Obecność 4 do 6 kHz

Jasność 6 do 20 kHz

Do oddzielenia tych częstotliwości zostaną użyte filtry pasmowe. Filtr pasmowy to urządzenie, które przepuszcza określoną częstotliwość i odrzuca inne częstotliwości. Kolumna wyświetlacza pokazuje amplitudę lub poziom napięcia tej częstotliwości.

Krok 3: Projektowanie filtrów pasmowych

Korzystając z poniższego wzoru można obliczyć wartości R i C dla danej częstotliwości.

Uwaga: nie używaj kondensatorów elektrolitycznych

Krok 4: Projektowanie i montaż PCB

Korzystając z EasyEDA, najpierw stworzyłem schemat, a następnie przekonwertowałem go na PCB. EasyEDA jest idealny dla początkujących, takich jak ja. Jest mniej rzeczy, o które trzeba się martwić, więc możemy skupić się tylko na projektowaniu płytki drukowanej. Możesz zamówić swoje płytki PCB bezpośrednio w JLCPCB. Każda kolumna wyświetlacza jest taka sama, dzięki czemu można wykorzystać 10 płytek, które otrzymujemy. Użyłem pięciu dla pięciu różnych częstotliwości. Możesz skalować obwód zgodnie ze swoim poziomem szaleństwa!

Po złożeniu zamówienia otrzymałem swoje PCB w ciągu 5 dni. Teraz wyjmij żelazko, zbierz wszystkie komponenty i zacznij lutować! Po piekielnym lutowaniu ukończono 5 kolumn.

Krok 5: Łączenie rzeczy

Zaprojektowałem obudowę w Fusion 360 na elektronikę i na pięć wyświetlaczy. Wydrukowałem go za pomocą Creality Ender 3. Po prostu początkujący w modelowaniu 3D, ale zadziałało.

Jako źródło dźwięku użyłem starego głośnika bluetooth, ponieważ ma już wbudowany wzmacniacz. Nie będę wyjaśniał połączeń, ponieważ twoje będzie inne. Wystarczy postępować zgodnie ze schematem blokowym wspomnianym wcześniej w kroku 2. Podłączyłem wejście audio filtra pasmowego do wyjścia (połączenia głośnikowe) wzmacniacza.

Przylutuj przewody sygnałowe i zasilające wychodzące z wyświetlaczy do płytki filtra pasmowego.

Reszta rzeczy zależy od ciebie. Na płytce drukowanej głośnika bluetooth była kontrolka LED, którą wylutowałem i przymocowałem z przodu. Bądź kreatywny!

Krok 6: Ciesz się

Otóż to! Włącz go i ciesz się ulubioną piosenką!

Dziękuję za trzymanie się do końca. Mam nadzieję, że wszyscy kochacie ten projekt i nauczyliście się dzisiaj czegoś nowego. Daj mi znać, jeśli zrobisz dla siebie. Subskrybuj mój kanał na YouTube, aby zobaczyć więcej nadchodzących projektów. Dziękuję raz jeszcze!