Цветомузыка на адресных светодиодах
Arduino DIY Блог, для самодельщиков
Всем привет.
Ну вот наконец то наступили праздничные дни и я могу написать подробности по сборке своей цветомузыки на ардуино и ws2812b.
Цветомузыку собрал примерно за 3 часа, остальное время ушло на разбор и модификацию кода, а так же на поездку в магазин за профилем и кнопками.
Особенность этой цветомузыки в том, что ее не нужно подключать к источнику аудио сигнала, так как она получает аудио данные, благодаря встроенному в нее модулю микрофона. Он подключен через усилитель напряжения к АЦП ардуины. Усилитель собран на транзисторе КТ3102, у которого есть зарубежные аналоги.
Для выбора режимов на цветомузыке имеются две кнопки, color и pattern. Кнопка color переключает цветовые схемы, их всего 3, а кнопка patern переключает динамические режимы цветомузыки, их всего 8.
Для настройки чувствительности и яркости установлен потенциометр param, это переменный резистор с изменяемым сопротивлением от 0 до 10 кОм. Он так же подключен к АЦП и в зависимости от его положения происходит программная обработка параметров. Можно модифицировать код и установить вместо потенциометра энкодер, но это уже будет реализовано в другом проекте.
В настройках так же можно выбирать используемое в ленте количество светодиодов 60, 120 или 180 и регулировать частотный фильтр, настроенный на 8 частотных диапазонов, для этого применяется программный фильтр частот на базе алгоритма быстрого преобразования Фурье.
Светодиодная лента основана на полноцветных, управляемых адресных светодиодах ws2812b. Плотность ленты я выбрал 60 светодиодов на 1 метр. На мой взгляд это оптимальное соотношение для многих задач. К питанию светодиодной ленты нужно отнестись серьезно , так как на максимуме она потребляет до 3,6 А на 1 метр. Конечно вероятность такого сценария что цветомузыка включит все светодиоды белым цветом и еще на полную мощность, равна нулю. Но тем не менее лучше сразу приобрести хороший блок питания. Как минимум на 5 Вольт и 5 Ампер.
Схема цветомузыки.
По схеме комментировать особо нечего. Нужно только настроить среднюю точку усилителя на транзисторе КТ3102. Настройка сводится к подбору резистора смещения 200 кОм или резистора нагрузки 1 кОм, нужно добиться половины напряжения питания на коллекторе транзистора или входе A0. Транзистор можно заменить любым n-p-n аналогом.
Потенциометр лучше использовать линейный с сопротивлением от 10 до 50 кОм.
Если Вы в своем проекте будете использовать контроллер Arduino pro mini, то припаяйте сразу керамический конденсатор 0,1 мкФ на 20-й вывод (ARef) микроконтроллера ATmega328.
Скетч для Ардуино ws2812b
Я использовал в своем проекте, код цветомузыки Lumazoid с небольшими модификациями. Оригинальный скетч можно скачать с гитхаба
Еще нужно добавить в папку libraries, используемые в проекте дополнительные библиотеки NeoPixel.h и ffft.h
Если Вы в скетче не прописали параметры своей светодиодной ленты, то их можно изменить. Для этого нажмите кнопку pattern, не отпуская ее включите питание. Вращая потенциометр нужно выбрать плотность используемой светодиодной ленты, по светящимся красным светодиодам: первый — 60, второй — 120 или третий — 180 светодиодов. Для сохранения параметров в EEPROM еще раз нажмите кнопку pattern.
Для регулировки яркости нужно нажать и удерживать кнопку color, после чего включаем питание. По умолчанию в скетче прописано 8 светодиодов которые будут светиться основными цветами. Ручкой потенциометра param можно изменить их яркость. Для сохранения параметров в EEPROM нажмите еще раз кнопку color.
Цветовую схему лучше выбрать 3-ю, так как она наиболее красочная. В этом режиме каждому цвету соответствует свой частотный диапазон. Всего 8 частотных диапазонов, перечисляю их цвета от самого низкого до самого высокого: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый, белый.
Если удерживать кнопки color, pattern и вращать потенциометр param, то можно ограничивать частотный диапазон убирая высокие — средние и так далее до самых низких частот(красный светодиод). Например если Вам нужно что бы цветомузыка реагировала только на низкие звуки, то достаточно оставить только низкий диапазон частот.
Видео демонстрирующее возможности цветомузыки.
Сразу прошу извинить меня за качество ролика, снимал дешевым смартфоном.
Цветомузыка на Arduino, Светодиодный проект на WS2812b
Спецификация набора
То, что у вас уже есть, вы можете удалить в корзине.
| Наименование | Цена | Кол-во |
|---|---|---|
| Кер.ЧИП конд. 0.1мкФ,Y5V 50В, +80-20%,0603 | 4 руб. | 56 |
| К10-17Б имп. 0.1 мкФ X7R,10%, 0805, Конденсатор керамический выводной | 5 руб. | 1 |
| ECAP (К50-35), 10 мкФ, 16 В, 105°C, 5×11, B41828A4106M007, Конденсатор электролитический алюминиевый | 2 руб. | 1 |
| CF-100 (С1-4) 1 Вт, 2 кОм, 5%, Резистор углеродистый | 4 руб. | 2 |
| CF-100 (С1-4) 1 Вт, 4.7 кОм, 5%, Резистор углеродистый | 4 руб. | 2 |
| CF-100 (С1-4) 1 Вт, 100 кОм, 5%, Резистор углеродистый | 4 руб. | 2 |
| 16K1-B10K, L20KC, 10 кОм, Резистор переменный | 46 руб. | 2 |
| WS2812B (Neopixel), Светодиод SMD 5050 RGB с пиксельной адресацией | 12 руб. | 64 |
| PBS-3R (DS-1024 — 1×3 — R), Гнездо на плату 2.54мм 1х3 угловое | 9 руб. | 4 |
| PLS-3 (DS1021-1×3), Вилка штыревая 2.54мм 1×3 прямая тип1 | 5 руб. | 2 |
| PLS-3R (DS1022-1×3-R), Вилка штыревая 2.54мм 1х3 угловая (тип D1) | 5 руб. | 4 |
| KLS7-TS3601-4.3-180 (TC-0120), Кнопка тактовая 6х3.5мм, h=4.3 мм (SWT-1) | 7 руб. | 2 |
| KLS2-104-5.00-02P-4S, Клеммник винтовой 2-контактный, 5мм, прямой | 43 руб. | 1 |
| Печатная плата Neopixel stick 16, Печатная плата с разводкой, FR4 7.5х117.7мм (1.5мм, 18мкм) | 63 руб. | 4 |
Описание
С наступающим! Приближается Новый год, а значит, пора срочно создавать настроение! Ну и как всегда в это время года рождаются десятки электронных схем различных цветомузыкальных установок. Чего только самобытные мастера не придумают. От трехцветных моргалок до лазерных многолучевых установок с управлением по MIDI интерфейсу.
Чип и Дип является крупнейшим поставщиком адресных светодиодов WS2812b на российский рынок. Поэтому мы хотим показать вам очень простую и удивительную цветомузыку, которую работает на Arduino. Назовем её — визуализатор звука!
Инструкция
Схема очень простая!
Вам понадобятся Arduino Nano, или Uno. Или какая там у вас есть? Два потенциометра, пять резисторов, пару конденсаторов и линейка (лента) из светодиодов WS2812b. Всё! Светодиодов в линейке может быть 60, 120 или 180. А впрочем, любое количество.
В визуализаторе с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье выделяются 8 частот (порог чувствительности на каждую частоту свой, снижается от 1 к 8), преобразуются в цвет и выводятся на линейку светодиодов по одному из восьми алгоритмов. Основную часть скетча писал Майкл Крампас, парни из Чип и Дипа добавили функционал, ещё одна часть кода взята из проекта Piccolo компании Adafruit.
В Adafruit также писали библиотеку для светодиодов neopixel. А библиотека быстрого преобразования Фурье (FFT) написана уважаемым ChaN, это библиотека FFT для 128 точек, адаптированная для AVR микроконтроллеров написана на ассемблере.
Сам скетч и библиотеки ffft.h и Adafruit_NeoPixel.h нужно скачать в подвале этой страницы и распаковать в папку с другими библиотеками Arduino. Например C:Program Files (x86)Arduinolibraries
Не теряйте время на разбор алгоритмов, просто соберите, залейте скетч в плату Arduino и наслаждайтесь шоу.
Это всего лишь развлечение!
Настройки
В момент первого включения нужно сделать пару настроек:
Яркость: удерживайте кнопку color при включении питания. На первых 8 светодиодах будет отображаться радуга светодиодов. С помощью ручки param измените яркость. По завершении нажмите кнопку color еще раз, и ваша конфигурация будет сохранена в памяти.
Длина светодиодной полосы: удерживайте кнопку pattern при включении питания. Отобразится один, два или три красных светодиода. Используйте ручку param, чтобы выбрать длину светодиодной полосы в зависимости от количества красных светодиодов:
1=60 светодиодов
2=120 светодиодов
3=180 светодиодов
По завершении нажмите кнопку pattern еще раз, и ваша конфигурация будет сохранена в памяти.
Алгоритмы
Танцы плюс: пики звуковых сигналов испускаются из центра полосы и исчезают по мере приближения к концам. Скорость пика пропорциональна величине звукового сигнала этого пика.
Танцы минус: то же, что и Dance Party, но пики сигналов испускаются с одного конца.
Импульс: пики сигналов отображаются как яркие импульсы, которые поступают из центра полосы. Ширина импульса зависит от уровня сигнала.
Световая полоса: в пиках освещается вся полоса.
Цветные полоски: пики сигналов отображаются как цветные полосы, которые исчезают.
Цветные полоски 2: подобно цветные полоски, но каждая полоска сжимается и исчезает.
Вспышки: пики сигналов отображаются в виде светодиодной вспышки в случайном месте. Начальный цвет белый, а затем исчезает через другой цвет.
Светлячки: пики сигналов отображаются как одиночные светодиоды в случайном месте, и они перемещаются влево или вправо и исчезают. Их скорость зависит от величины сигнала.
Цветовые схемы
Случайная двухцветная схема: выбраны два случайных цвета и только они используются для отображения пиков сигнала. Со временем будут выбраны новые цвета. Используйте param, чтобы настроить скорость изменения цветовой схемы. Если ручка потенциометра «параметры» в верхнем положении, цвета будут меняться часто и каждый пик сигнала будет иметь новый цвет. Рекомендую установить ручку в средину.
Радуга: все пики сигналов отображаются как один и тот же цвет (с небольшим количеством случайных вариаций) и этот цвет меняется как радуга с течением времени. Скорость изменения цвета устанавливается потенциометром param.
Цветные частоты: в этом режиме каждый пик сигнала окрашивается в зависимости от частотной полосы где он находится. Самая низкая полоса красного цвета, и дальше вверх по спектру. Есть 8 полос частот: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый, белый. Этот цветовой режим наиболее интересен, когда частотная характеристика настроена на все полосы частот.
Диапазон частот: вы можете управлять тем диапазоном частот, на который откликается цветомузыка. Чтобы установить диапазон нажмите и удерживайте обе кнопки. Используйте ручку param, чтобы выбрать, сколько из восьми частотных диапазонов будет показываться. Если вы хотите выделить бас и ритм музыки, установите частотную характеристику только на самые низкие 2 или 3 полосы. Если вы хотите показать все частоты в музыке (например, вокал и более высокие инструменты), выберите все полосы частот.
Это видеоинструкция по настройке и она же демонстрация визуализатора в работе.
Там, в конце, две музыкальные композиции с разными алгоритмами.
Ещё одна композиция
Эпилог или разбор полётов
1. Как изменить подсветку в паузах?
2. Можно ли изменить динамику?
3. Как подключить ленту с количеством светодиодов отличным от 60/120/180?
Это открытый проект! Лицензия, под которой он распространяется – Creative Commons — Attribution — Share Alike license.
Цветомузыка на Arduino
Видео демонстрация под Metallica — Fuel
Видео демонстрация под Evanescence — Even in death (2016 version)
Добрый день всем читателям и любителям «посамодельничать». Все мы с нетерпением ждем Новый год. И конечно хочется украсить свой дом. Чтобы вокруг всем было красиво и сказочно. И какой же Новый год без хорошей музыки. Вкусы у всех, конечно, разные, но каждый захочет включить что-нибудь, веселое и потанцевать. А может это будет медленный танец или вспомнить ушедший год под грустные мотивы. В любом случае, создать атмосферу и украсить дом, поможет цветомузыка. Созданию цветомузыки на основе Arduino и WS2812, и будет посвящена данная инструкция. На эту идею меня натолкнул AlexGyver. На его сайте alexgyver.ru много подобных идей и изобретений. Загляните как будет время. Итак, начнем.
В список покупок к Новому году добавим:
— Arduino Nano (можно использовать практически любую совместимую плату)
— Адресные светодиоды WS2812 (WS2812B), в количество светодиодов от 2 – 400 шт.
— Переменный резистор 10 – 100 кОм
— Кнопка
— Блок питания 5 В, 3 А (сила тока подбирается по ваше количество диодов)
— гнездо подключения блока питания
— Гнездо стерео-джек 3,5 мм
— Соединительный провод (стерео-джек 3,5 мм — стерео-джек 3,5 мм)
— Керамический конденсатор 10нФ (маркировка 103)
— Провода
— Паяльник и все сопутствующие ему.
Поверх полоски из фанеры клеим светодиодную ленту, если вы приклеили ленту не ровно и пришлось ленту отодрать, она будет плохо держаться. В таком случае рекомендую использовать канцелярский двусторонний скотч. Он есть толщиной 1 см, как раз по ширине нашей ленты:
Для тех кот не работал с адресными лентами вкратце расскажу. WS2812 – это три светодиода (красный, синий, зеленый) и 8-битный ШИМ драйвер для них в одном корпусе. Для подключения ленты используется три провода. +5V контакт на который подается плюс от блока питания, GND – минус блока питания. Управление происходит подачей 24 битного сигнала для каждого светодиода (8 бит на один цвет). Сигнал от Arduino подается на контакт Din первого светодиода, который в свою очередь, записывает себе во временную память первые 24 бита и согласно им, устанавливает цвет свечения, отсекает от сигнала эти первые 24 бита и отправляет сигнал через контакт Do дальше, следующим светодиодам. Поэтому у ленты есть направление. Она указано на ленте стрелочкой, или от контакта Din к Do.
Чем больше светодиодов, тем больше протекающий ток . WS2812 очень прожорливы и один диод потребляет (при максимальной яркости все трех цветов) 0,06 А. Поэтому провода питания контакты +5V и GND надо подбирать под максимальный ток протекающий по ним. Я использовал медный гибкий провод сечение 0,5 мм (с запасом и для дальнейшего увеличения длины ленты). Провод для сигнального контакты не столь требователен к сечению, ток протекающий по нему мал, поэтому берем тоненький гибкий провод. Припаиваем провода к ленте и изолируем контакты:
Цветомузыка работает следующим образом: делит количество светодиодов пополам, громкость музыки указывается загоранием диодов от середины к концам всей ленты. Поэтому, если вы хотите две полосы, работающие как у меня на видео обе ленты подключаются параллельно (провод от контактов Din обеих лент к одному пину Arduino, D12). И тогда количество светодиодов в скетче указываем равное сумме диодов обеих лент. Если вы хотите, чтобы лента работала от середины подключаем две полоски последовательно и также указываем общее количество светодиодов.
Шаг 2 Блок питания.
Как я уже говорил лента WS2812 прожорлива, к выбору блока питания надо подойти основательно. Нам нужен 5 вольтовой стабилизированный, силу тока подбираем в зависимости от количества светодиодов, лучше брать с запасом. Я рекомендую, например, такой на 3 А:
Характеристики написаны на корпусе блока питания:
Я планирую дальнейшее расширение моей цветомузыки, поэтому не мелочась беру компьютерный блок питания с выведенными контактами подключения:
Шаг 3 Arduino и схема подключения.
Для реализации данного проекта подойдет практически любая Arduino совместимая плата. У меня под руками оказалась Arduino Uno. Теперь надо собрать все по схеме. Схему возьму от моего идейного вдохновителя AlexGyver –ра:
Потенциометр нужен для установки опорного напряжения для измерения уровня аудио сигнала. Контакт A0 используется как GND (для Arduino Nano так удобнее подключать). Можно обойтись без потенциометра, включив использование внутреннего опорного напряжения в скетче.
Контакты A1, A2 используются для подключения аудио сигнала, не забываем соединить GND контакты Arduino и провода аудио сигнала.
Кнопка, используется для переключения режимов, подключается к контакту D3 Arduino.
Соединение гнезда и контакта A3 через конденсатор нужно для работы некоторых режимов. Подробно о режимах работы вы можете узнать на странице AlexGyver:
Чтобы мы могли слушать музыку, и наша цветомузыка работа нам необходимо разделить аудио сигнал. Сделать это можно используя тройник:
Также можно подключить колонки к аудио выходу на материнской плате, а цветомузыку к выходу наушников. Главное, нельзя подключать цветомузыку к выходу после усилителя, там слишком большой уровень сигнала для Arduino.
Я собрал все на основе Arduino Uno и разместил на блоке питания:
Шаг 4 Редактирование, настройка и заливка скетча.
Для начала необходимо скачать последнюю версию среды разработки Arduino IDE. Лучше всего с официального сайта.
Выбирайте как вам удобнее: скачать ZIP архив и распаковать в нужное место или скачать установочный файл и установить программу. Разницы нет.
Для работы скетча нам понадобятся библиотеки: Adafruit_NeoPixel-master, EEPROMex, FastLED-master, FHT, GyverButton, IRLremote-master и IRremote. Проще всего скачать их все вместе и уже нужные версии с сайта AlexGyver.
Скачиваем целиком архив. Распаковав архив, переписываем все содержимое папки «libraries» в одноименную папку, находящуюся в папке с установленной Arduino iDE.
Запускаем Arduino IDE. Открываем скетч из скаченного ранее архива. Нужный нам скетч находиться в папке «firmware». Открываем «colorMusic_v2.10». Чтобы он работал правильно его нужно немного подправить, а точнее выставить правильные настройки.
Скетч предусматриваем возможность использования инфракрасного пульта для управления. Если есть желание вы можете найти все нужные инструкции на сайте AlexGyver-а. На мой взгляд пульт не обязателен. Поэтому будет настраивать на работу без пульта. Ищем строку:
Там должен стоять «0».
Настройки Arduino будет хранить в энергонезависимой памяти EEPROM. Чтобы не возникало ошибок в дальнейшем, сбросим все настройки. Находим строку:
Ставим вначале «1», прошиваем скетч, после этого ставим «0» и прошиваем еще раз.
В строке:
Указываем ваше количество светодиодов.
После запуска цветомузыки поступаем следующим образом: для начала надо настроить нижнюю границу уровня звука. Для этого ставим музыку на паузу, зажимает и удерживаем кнопку пока не загорится диод на плате Arduino.
Вариантов установки цветомузыки масса. Я установил блок питания и Arduino на шкафу. Блок питания подальше, чтобы его не было видно, а ленты направил вверх:
Также можно установить ленты по бокам от компьютерного стола:
Затем включаем музыку и смотрим все вся ли лента загорается при работе музыки. Если лента работает только в самом начале или наоборот всегда горит крутим потенциометр. Опытным путем делаем так чтобы вся лента работала. Все удачи в самоделках и отличных идей.
Невероятно эффектная цветомузыка на Arduino и светодиодах
С наступающим! Приближается Новый год, а значит, пора срочно создавать настроение! Ну и как всегда в это время года рождаются десятки электронных схем различных цветомузыкальных установок.
Чего только самобытные мастера не придумают. От трехцветных моргалок до лазерных многолучевых установок с управлением по MIDI интерфейсу.
Как большой поклонник, так называемых адресных светодиодов, хочу показать вам очень простую и удивительную цветомузыку. Я вообще такой ни разу не видел. Пока не собрал за один вечер. Итак, визуализатор звука!
Инструкция
Схема очень простая!
Вам понадобятся Arduino Nano, или Uno. Или какая там у вас есть? Два потенциометра, пять резисторов, пару конденсаторов и линейка (лента) из 180 светодиодов WS2812b. Всё! Светодиодов в линейке может быть 60, 120 или 180.
В визуализаторе с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье выделяются 8 частот (порог чувствительности на каждую частоту свой, снижается от 1 к 8), преобразуются в цвет и выводятся на линейку светодиодов по одному из восьми алгоритмов. Скетч писал Майкл Крампас, парни из Чип и Дипа добавили функционал, а библиотека для светодиодов и быстрого преобразования Фурье (FFT) написана в Адафрут для проекта Piccolo. Библиотека FFT для 128 точек, адаптированная для AVR микроконтроллеров написана на ассемблере.
Сам скетч и библиотеку FFT нужно скачать здесь и здесь.
Не теряйте время на разбор алгоритмов, просто соберите, залейте скетч и наслаждайтесь шоу.
Это всего лишь развлечение!
В момент первого включения нужно сделать пару настроек:
Яркость: удерживайте кнопку color при включении питания. На первых 8 светодиодах будет отображаться радуга светодиодов. С помощью ручки param измените яркость. По завершении нажмите кнопку color еще раз, и ваша конфигурация будет сохранена в памяти.
Длина светодиодной полосы: удерживайте кнопку pattern при включении питания. Отобразится один, два или три красных светодиода. Используйте ручку param, чтобы выбрать длину светодиодной полосы в зависимости от количества красных светодиодов:
1=60 светодиодов
2=120 светодиодов
3=180 светодиодов
По завершении нажмите кнопку pattern еще раз, и ваша конфигурация будет сохранена в памяти.
Алгоритмы
Танцы плюс: пики звуковых сигналов испускаются из центра полосы и исчезают по мере приближения к концам. Скорость пика пропорциональна величине звукового сигнала этого пика.
Танцы минус: то же, что и Dance Party, но пики сигналов испускаются с одного конца.
Импульс: пики сигналов отображаются как яркие импульсы, которые поступают из центра полосы. Ширина импульса зависит от уровня сигнала.
Световая полоса: в пиках освещается вся полоса.
Цветные полоски: пики сигналов отображаются как цветные полосы, которые исчезают.
Цветные полоски 2: подобно цветные полоски, но каждая полоска сжимается и исчезает.
Вспышки: пики сигналов отображаются в виде светодиодной вспышки в случайном месте. Начальный цвет белый, а затем исчезает через другой цвет.
Светлячки: пики сигналов отображаются как одиночные светодиоды в случайном месте, и они перемещаются влево или вправо и исчезают. Их скорость зависит от величины сигнала.
Цветовые схемы
Случайная двухцветная схема: выбраны два случайных цвета и только они используются для отображения пиков сигнала. Со временем будут выбраны новые цвета. Используйте param, чтобы настроить скорость изменения цветовой схемы. Если ручка потенциометра «параметры» в верхнем положении, цвета будут меняться часто и каждый пик сигнала будет иметь новый цвет. Рекомендую установить ручку в средину.
Радуга: все пики сигналов отображаются как один и тот же цвет (с небольшим количеством случайных вариаций) и этот цвет меняется как радуга с течением времени. Скорость изменения цвета устанавливается потенциометром param.
Цветные частоты: в этом режиме каждый пик сигнала окрашивается в зависимости от частотной полосы где он находится. Самая низкая полоса красного цвета, и дальше вверх по спектру. Есть 8 полос частот: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый, белый. Этот цветовой режим наиболее интересен, когда частотная характеристика настроена на все полосы частот.
Диапазон частот: вы можете управлять тем диапазоном частот, на который откликается цветомузыка. Чтобы установить диапазон нажмите и удерживайте обе кнопки. Используйте ручку param, чтобы выбрать, сколько из восьми частотных диапазонов будет показываться. Если вы хотите выделить бас и ритм музыки, установите частотную характеристику только на самые низкие 2 или 3 полосы. Если вы хотите показать все частоты в музыке (например, вокал и более высокие инструменты), выберите все полосы частот.
Это видеоинструкция по настройке и она же демонстрация визуализатора в работе. Там в конце две музыкальные композиции с разными алгоритмами.
Простые схемы цветомузыки на светодиодах и светодиодных лентах для сборки своими руками
Неисчерпаемый потенциал светодиодов в очередной раз раскрылся в конструировании новых и модернизации уже имеющихся цветомузыкальных приставок. 30 лет назад пиком моды считалась цветомузыка, собранная из разноцветных лампочек на 220 вольт, подключенных к кассетному магнитофону. Сейчас ситуация изменилась и функцию магнитофона теперь выполняет любое мультимедийное устройство, а вместо ламп накаливания устанавливают сверхъяркие светодиоды или светодиодные ленты.
Преимущества светодиодов перед лампочками в цветомузыкальных приставках неоспоримы:
- широкая цветовая гамма и более насыщенный свет;
- различные варианты исполнения (дискретные элементы, модули, RGB-ленты, линейки);
- высокая скорость срабатывания;
- низкое энергопотребление.
Как сделать цветомузыку с помощью простой электронной схемы и заставить светодиоды мигать от источника звуковой частоты? Какие варианты преобразования звукового сигнала существуют? Эти и другие вопросы рассмотрим на конкретных примерах.
Простейшая схема с одним светодиодом
Для начала следует разобраться с простой схемой цветомузыки, собранной на одном биполярном транзисторе, резисторе и светодиоде. Питание на неё можно подавать от источника постоянного тока напряжением от 6 до 12 вольт. Работает данная цветомузыка на одном транзисторе по принципу усилительного каскада с общим эмиттером. Возмущающее воздействие в виде сигнала с изменяющейся частотой и амплитудой поступает на базу VT1. Как только амплитуда колебаний превышает некоторое пороговое значение, транзистор открывается и светодиод вспыхивает.
Недостаток данной простейшей схемы состоит в том, что темп мигания светодиода полностью зависит от уровня звукового сигнала. Другими словами, полноценный цветомузыкальный эффект будет наблюдаться только на одном уровне громкости. Снижение громкости приведёт к редкому подмигиванию, а увеличение – к почти постоянному свечению.
Схема с одноцветной светодиодной лентой
Простейшая вышеприведенная цветомузыка на транзисторе может быть собрана с использованием светодиодной ленты в нагрузке. Для этого нужно увеличить напряжение питания до 12В, подобрать транзистор с наибольшим током коллектора превышающим ток нагрузки и пересчитать номинал резистора. Такая простейшая цветомузыка из светодиодной ленты прекрасно подойдёт начинающим радиолюбителям для сборки своими руками даже дома.
Простая трёхканальная схема
Избавиться от недостатков предыдущей схемы позволяет трёхканальный преобразователь звука. Самая простая схема цветомузыки с разделением звукового диапазона на три части показана на рисунке. Питается она постоянным напряжением 9В и может засветить один или два светодиода в каждом канале. Состоит схема из трёх независимых усилительных каскадов, собранных на транзисторах КТ315 (КТ3102), в нагрузку которых включены светодиоды разного цвета. В качестве элемента для предварительного усиления можно использовать небольшой сетевой трансформатор понижающего типа.
Входной сигнал подаётся на вторичную обмотку трансформатора, который выполняет две функции: гальванически развязывает два устройства и усиливает звук с линейного выхода. Далее сигнал поступает на три параллельно включенных фильтра, собранных на базе RC-цепей. Каждый из них работает в определённой полосе частот, которая зависит от номиналов резисторов и конденсаторов. Низкочастотный фильтр пропускает звуковые колебания частотой до 300 Гц, о чем свидетельствует мигание красного светодиода. Через фильтр средних частот проходит звук в диапазоне 300-6000 Гц, что проявляется в мерцании синего светодиода. Высокочастотный фильтр пропускает сигнал, частота которого больше 6000 Гц, что соответствует зелёному светодиоду. Каждый фильтр оснащен подстроечным резистором. С их помощью можно задать равномерное свечение всех светодиодов, независимо от музыкального жанра. На выходе схемы все три отфильтрованных сигнала усиливаются транзисторами.
Если питание схемы осуществляется от низковольтного источника постоянного тока, то трансформатор можно смело заменить однокаскадным транзисторным усилителем. Во-первых, гальваническая развязка теряет практический смысл. Во-вторых, трансформатор в несколько раз проигрывает схеме, показанной на рисунке, по массе, размерам и себестоимости. Схема простого усилителя звуковой частоты состоит из транзистора КТ3102, двух конденсаторов, отсекающих постоянную составляющую, и резисторов, обеспечивающих транзистору режим с общим эмиттером. С помощью подстроечного резистора можно добиться общего усиления слабого входного сигнала.
В случае когда необходимо усилить сигнал с микрофона, ко входу предыдущей схемы подключают электретный микрофон, подавая на него потенциал от источника питания. Схема двухкаскадного предварительного усилителя показана на рисунке. В данном случае подстроечный резистор стоит на выходе первого усилительного каскада, что даёт больше возможностей для регулировки чувствительности. Конденсаторы С1-С3 пропускают полезную составляющую и отсекают постоянный ток. Для реализации подойдёт любой электретный микрофон, для нормальной работы которого достаточно смещения 1,5В.
Цветомузыка с RGB светодиодной лентой
Следующая схема цветомузыкальной приставки работает от 12 вольт и может устанавливаться в автомобиле. Она совместила в себе основные функции ранее рассмотренных схемотехнических решений и способна работать в режиме цветомузыки и светильника.
Первый режим достигается за счёт бесконтактного управления RGB-лентой при помощи микрофона, а второй – за счёт одновременного свечения красного, зелёного и синего светодиодов на полную мощность. Выбор режима осуществляется при помощи переключателя, размещенного на плате. Теперь остановимся подробно на том, как сделать цветомузыку, которая отлично подойдет даже для установки в авто, и какие детали для этого потребуются.
Структурная схема
Чтобы понять, как работает данная цветомузыкальная приставка, сначала рассмотрим её структурную схему. Она поможет проследить полный путь прохождения сигнала. Источником электрического сигнала является микрофон, который преобразует звуковые колебания от фонограммы. Т.к. этот сигнал чрезмерно мал, его необходимо усилить при помощи транзистора или операционного усилителя. Далее следует автоматический регулятор уровня (АРУ), который удерживает колебания звука в разумных пределах и подготавливает его к дальнейшей обработке. Фильтры разделяют сигнал на три составляющие, каждая из которых работает только в одном частотном диапазоне. В конце остаётся только усилить подготовленный токовый сигнал, для чего используют транзисторы, работающие в ключевом режиме.
Принципиальная схема
На основании структурных блоков, можно перейти к рассмотрению принципиальной схемы. Её общий вид представлен на рисунке. Для ограничения тока потребления и стабилизации питающего напряжения установлен резистор R12 и конденсатор С9. Для задания напряжения смещения микрофона установлены R1, R2, C1. Конденсатор Cfc подбирается индивидуально к конкретной модели микрофона в процессе наладки. Он нужен для того, чтобы немного приглушить сигнал той частоты, которая превалирует в работе микрофона. Обычно снижают влияние высокочастотной составляющей.
Нестабильное напряжение автомобильной сети может оказывать влияние на работу цветомузыки. Поэтому наиболее правильно подключать самодельные электронные устройства через стабилизатор на 12В.
Звуковые колебания в микрофоне преобразуются в электрический сигнал и через С2 поступают на прямой вход операционного усилителя DA1.1. с его выхода сигнал следует на вход операционного усилителя DA1.2, снабженного цепью обратной связи. Сопротивления резисторов R5, R6 и R10, R11 задают коэффициент усиления DA1.1, DA1.2 равный 11. Элементы цепи ОС: VD1, VD2, C4, C5, R8, R9 и VT1 вместе с DA1.2 входят в состав АРУ. В момент возникновения на выходе DA1.2 сигнала слишком большой амплитуды транзистор VT1 открывается и через С4 замыкает входной сигнал на общий провод. Это приводит к мгновенному снижению напряжения на выходе.
Затем стабилизированный переменный ток звуковой частоты проходит через отсекающий конденсатор С8, после чего разделяется на три RC-фильтра: R13, C10 (НЧ), R14, C11, C12 (СЧ), R15, C13 (ВЧ). Чтобы цветомузыка на светодиодах светила достаточно ярко, нужно усилить выходной ток до соответствующего значения. Для ленты с потреблением до 0,5А на каждый канал подойдут транзисторы средней мощности типа КТ817 или импортный BD139 без монтажа на радиатор. Если собираемая светомузыка своими руками предполагает нагрузку около 1А, то транзисторам потребуется принудительное охлаждение.
В коллекторах каждого выходного транзистора (параллельно выходу) стоят диоды D6-D8, катоды которых объединены между собой и выведены на переключатель SA1 (White light). Второй контакт переключателя соединён с общим проводом (GND). Пока SA1 разомкнут, схема работает в режиме цветомузыки. При замыкании контактов переключателя все светодиоды в ленте зажигаются на полную яркость, образуя в сумме белый поток света.
Печатная плата и детали сборки
Для изготовления печатной платы понадобится односторонний текстолит размером 50 на 90 мм и готовый файл .lay, который можно скачать здесь. Для наглядности плата показана со стороны радиоэлементов. Перед выводом на печать необходимо задать её зеркальное отображение. В слое М1 показаны 3 перемычки, размещаемые на стороне деталей. Для сборки цветомузыки из светодиодной ленты своими руками понадобятся доступные и недорогие компоненты. Микрофон электретного типа, подойдет в защитном корпусе со старой аудио аппаратуры. Светомузыка собрана на микросхеме TL072 в DIP8 корпусе. Конденсаторы, независимо от типа, должны иметь запас по напряжению и быть рассчитаны на 16В или 25В. При необходимости конструкция платы позволяет установить выходные транзисторы на небольшие радиаторы. С краю запаивают клеммную колодку на 6 позиций для подачи питания, подключения RGB светодиодной ленты и переключателя. Полный перечень элементов приведен в таблице. В заключение хочется отметить, что количество выходных каналов в самодельной цветомузыкальной приставке можно увеличивать сколь угодно раз. Для этого нужно разбить весь частотный диапазон на большее количество секторов и пересчитать полосу пропускания каждого RC-фильтра. К выходам дополнительных усилителей подключить светодиоды промежуточных цветов: фиолетового, бирюзового, оранжевого. От такого усовершенствования цветомузыка своими руками станет только краше.