Analyzátor zvukového spektra (merač VU): 6 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Čo je to hudba? Z technického hľadiska je hudba v zásade signál s rôznym napätím a frekvenciou. Audio Spectrum Analyzer je zariadenie, ktoré zobrazuje úroveň napätia konkrétnej frekvencie. Je to nástroj používaný hlavne v miestach, ako sú nahrávacie štúdiá, na analýzu zvuku.

Aj keď je to nástroj, je zábavné pozerať sa na tancujúce svetlá a je to skvelý spôsob, ako si predstaviť hudbu. Pred niekoľkými rokmi som vyrobil menšiu verziu s dvoma stĺpmi na prototypovej doske. Veľa spájkovania a úplný neporiadok! Tentokrát som chcel, aby to bolo úhľadné a upratané a pamlsok pre oči.

Začnime

Zásoby

Pre jeden stĺpec:

5x LM324 Quad op-amp

20x zelené LED diódy

Rezistor 20 x 100 ohmov

Rezistor 20x10k

1x 59k odpor

1x odpor 270k

1x 2N2222 NPN tranzistor

1 x 10uF kondenzátor

Krok 1: Operačný zosilňovač ako komparátor

Nebudem vysvetľovať fungovanie operačného zosilňovača, skôr uvidíme jednu z jeho aplikácií. Na YouTube je veľa dobrých videí, ktoré vysvetľujú fungovanie operačného zosilňovača.

Operačný zosilňovač je 3 koncové zariadenie.

1. Neinvertujúci kolík (+)
2. Invertujúci kolík (-)
3. Výkon

Na porovnanie dvoch napätí použijeme operačný zosilňovač. Napätie Vin na invertujúcom kolíku (-) sa porovnáva s napätím Vref na neinvertujúcom kolíku (+).

Postavme obvod, ktorý to predvedie. V tomto prípade sa používa LM324 IC, čo je quad op-amp. Referenčné napätie Vref 2,5 V je dodávané na (+) pine pomocou obvodu deliča napätia a napätie Vin na (-) pine sa mení pomocou potenciometra. Na výstup je pripojená LED dióda. Keď je Vin 2,5 V, výstup sa zvýši a LED dióda sa rozsvieti.

Rozšírme tento obvod pomocou štyroch operačných zosilňovačov. Obvod deliča napätia sa používa na poskytnutie referenčného napätia (1 V, 2 V, 3 V a 4 V) pre každý operačný zosilňovač. (-) Pin všetkých operačných zosilňovačov je spojených dohromady. Keď je napätie na kolíku (-) väčšie ako 1 V, výstup prvého operačného zosilňovača sa zvýši. Pretože 1 V je menšie ako referenčné napätie iných operačných zosilňovačov, ich výstupy zostávajú nízke. Keď sa napätie ďalej zvyšuje, LED diódy sa rozsvietia jedna za druhou.

Na základe rovnakého princípu, ale s väčším počtom zosilňovačov, môžeme vytvoriť analyzátor zvukového spektra, pretože hudba nie je nič iné ako signál s rôznym napätím.

Krok 2: Plán

Zvukový signál priamo z vášho telefónu je dostatočne dobrý iba na ovládanie vašich slúchadiel. Amplitúdu musíme zvýšiť pomocou zosilňovača zvuku. Budem používať reproduktor Bluetooth, pretože má vstavaný zosilňovač zvuku.

Hudba je zmesou rôznych frekvencií. V žiadnom prípade nie som odborník na zvuk. Rýchle vyhľadávanie Google prinieslo nasledujúce výsledky:

20 až 60 Hz subbasy

60 až 250 Hz basy

Stredný rozsah 500 Hz až 2 kHz

Prítomnosť 4 až 6 kHz

Brilantnosť 6 až 20 kHz

Na oddelenie týchto frekvencií budú použité pásmové filtre. Pásmový filter je zariadenie, ktoré prechádza určitou frekvenciou a iné frekvencie odmieta. Stĺpec displeja zobrazuje amplitúdu alebo úroveň napätia danej frekvencie.

Krok 3: Návrh pásmových filtrov

Pomocou nižšie uvedeného vzorca môžete vypočítať hodnoty R a C pre danú frekvenciu.

Poznámka: Nepoužívajte elektrolytické kondenzátory

Krok 4: Návrh a montáž DPS

Pomocou EasyEDA som najskôr urobil schému a potom ju previedol na DPS. EasyEDA je ideálna pre začiatočníkov ako som ja. Existuje menej starostí, a preto sa môžeme zamerať iba na návrh DPS. DPS si môžete priamo objednať z JLCPCB. Každý stĺpec displeja je rovnaký, takže je možné použiť 10 PCB, ktoré získame. Použil som päť pre päť rôznych frekvencií. Okruh môžete rozšíriť podľa svojej šialenosti!

Po objednaní som dostal svoje DPS do 5 dní. Teraz vytiahnite žehličku, pozbierajte všetky súčiastky a začnite spájkovať! Po pekelnom spájkovaní bolo dokončených 5 stĺpcov.

Krok 5: Spojenie vecí dohromady

Navrhol som puzdro vo Fusion 360 pre elektroniku a držanie piatich displejov. Vytlačil som ho pomocou Creality Ender 3. Som len začiatočník v 3D modelovaní, ale podarilo sa.

Ako zdroj zvuku som použil starý reproduktor bluetooth, pretože v ňom je už zabudovaný zosilňovač. Nebudem vysvetľovať súvislosti, pretože vaše budú iné. Postupujte podľa blokového diagramu uvedeného vyššie v kroku 2. Pripojil som zvukový vstup pásmového filtra k výstupu (pripojenia reproduktorov) zosilňovača.

Spájkujte signálne a napájacie vodiče prichádzajúce z displejov k doske pásmového filtra.

Ostatné veci sú na vás. Na obvodovej doske reproduktora bluetooth bola indikačná dióda LED, ktorú som odspájkoval a pripevnil na prednú stranu. Buď kreatívny!

Krok 6: Užite si to

To je všetko! Zapnite ho a vychutnajte si svoju obľúbenú pieseň!

Ďakujem, že ste sa držali až do konca. Dúfam, že sa vám tento projekt páči a že ste sa dnes dozvedeli niečo nové. Dajte mi vedieť, ak si jeden vyrobíte pre seba. Prihláste sa na odber môjho kanála YouTube a získajte ďalšie nadchádzajúce projekty. Ešte raz ďakujem!